[发明专利]一种基于轻量型的内容中心网络架构的公平资源分配方法

说明书

本发明公开了基于轻量型的内容中心网络架构的公平资源分配方法，包括在通信地理环境比较简单的场景(如机场、校园)提出二叉树节点分布模型；针对这种二叉树模型，提出分配缓存内容的公平资源分配模型；为解出这个资源分配模型，提出带有权重的0‑1整体规划算法；提出命中率、网络时延、命中率方差这三个指标评估资源分配的合理性和公平性。

技术领域

本发明涉及内容中心网络技术领域，具体涉及基于轻量型的内容中心网络架构的公平资源分配方法，及对这种分配方法的评估。

背景技术

内容中心网络(Content Centric Networking,CCN)是当前未来互联网体系架构研究的重要成果之一，其核心思想是改变当前互联网终端间的端到端通信机制，将内容与终端位置剥离，通过发布/订阅范式(Publish/Subscribe Paradigm)来提供存储和多方通信等服务。具体来说，就是网络中传送的一切内容都可以看作信息对象，可以说是一个信息互联的网络，而非主机互联，其核心对象是信息，通过信息的名字进行标识每一个信息。对网络来说，其中流动的都是有名字的信息，网络能区别每一个信息，但具体信息意义，网络并不知道，靠信息生产者和消费者的上层应用解释。整个网络及其终端就在各种信息的驱动下运行起来了，而网络的作用就是管理所有信息的流动和缓存，并用正确的信息快速响应信息的请求者。用户或应用可以只关注信息本身，而不关心信息块的其他属性，比如不用关心信息的所有者属性。

在类似于机场、校园等环境中，通信范围广，地理环境相对简单，用户需求类似，例如同一航空公司的飞机所需数据相似度达到一半以上，在校园中，同一栋楼的学生所需的信息也大体相似。因此在这样的环境中，搭建内容中心网络通信系统，实现内容的缓存与复用，这样可以大大减缓网络负载，提高通信性能。内容中心网络研究是美国国家科学基金会于2010年8月提出的4个未来互联网架构支持项目之一，也是诸多项目中最具代表性的一种分布式未来网络架构。

内容中心网络力图改变当前互联网以主机为基础的点对点通信架构，实现以内容为中心的新型网络通信架构。在这种结构中，每个路由不仅可以转发信息，还可以根据一定的算法，缓存内容。本发明将重点研究通信节点的分布及内容缓存算法。在缓存算法的评估方面，一般采用缓存命中率和平均网络延迟两个指标，这对于网状型的节点分布结构是比较合理的，因为这种结构没有明显的层级分别。但是对于轻量型的节点分布，如二叉树型就不是很合理了。这种结构有比较明显的高低层级分别，不同层级的节点命中率可能会有很大差异，这显然不能充分利用每一个缓存节点。而据调研，一个10TB的缓存节点造价是300000美元左右，因此充分利用每一个缓存节点是有必要的。故在轻量型拓扑结构中，采用缓存命中率和平均网络延迟评估一个算法的优劣性是不够充分的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种公平的资源分配方法，并针对公平性提出命中率方差这一评估指标。使得这一算法在轻量型的节点分布结构中，有着较高的命中率，较低的网络延时及较低的命中率方差。

基于上述目的本发明提供的一种公平的资源分配模型，包括：

在通信地理环境比较简单的场景(如机场、校园)提出二叉树节点分布模型；

针对这种二叉树模型，提出分配缓存内容的数学模型，公平资源分配模型；针对此模型，运用动态规划算法得到最终的内容缓存方法；

提出命中率、网络时延、命中率方差这三个指标评估资源分配的合理性和公平性。

进一步的，所述资源分配模型为将流行度p_j不同的用户请求内容按照一定的算法缓存在不同的节点，使得整个通信系统的命中率最高，平均网络延时最低，命中率方差最小。

进一步的，所述的资源分配模型的目标函数为：