信息中心网络中的内置缓存技术研究

　　【摘要】信息中心网络的建立体现了科技的进步性，其也是互联网技术不断发展的产物，在信息中心网络中，包含着多种技术，这些技术的有效应用可以保证信息中心网络正常运行。内置缓存技术是信息中心网络的重要构成，利用这项技术，可以提高信息传输的效率，也可以提高网络资源的利用率，ICN缓存系统是信息中心网络中一项新型的技术，其与传统Web以及CDN缓存系统相比，具有较高的透明度，而且可以优化信息中心网络的缓存体系。本文对信息中心网络中的内置缓存技术进行分析，提出了几点优化缓存网络的方法，希望可以促进内置缓存技术的发展以及应用范围的扩展。

　　【关键字】信息中心网络；内置；缓存技术；ICN；系统

　　随着互联网技术的不断发展，我国通信模式也在不断的优化与改进，这也促进了信息中心网络覆盖面的扩大。ICN是信息中心网络中重要的内置缓存系统，其与传统缓存系统相比，有着较多的优点，其透明度比较高，在应用的过程中，可以提高用户的满意度。将ICN网络缓存技术应用在信息中心网络系统中，可以更好的对信息进行定位，还可以提高信息传输的效率。缓解网络流量的增长速度，可以降低网络带宽的压力，还可以使网络构架更加透明化，其提高了资源的利用率，而且可以发挥出最大的缓存潜能。本文对ICN缓存进行分析与介绍，希望可以促进内置缓存技术在信息中心网络中的推广。

　　一、ICN内置缓存技术概述

　　ICN是一种新型的内置缓存系统，其是对Web、CDN缓存系统的改进与革新，而且应用在信息中心网络中具有较多的优势与特征。ICN缓存网络最大的优点是透明度高、缓存泛在化以及细粒度化。下面笔者结合自身经验，对ICN缓存系统的优点进行简单的介绍，以供参考。

　　1、ICN缓存的优点

　　1.1缓存透明度高

　　传统的缓存技术，主要是应用在流量统计中，其主要是以封闭系统的形式进行工作的，其中Web、P2P、CDN都属于传统的缓存系统。Web缓存系统是基于开放的HTTP协议存在的，其内容主要是域自主命名，但是同一种对象却无法一致识别。P2P主要是基于私有协议，其基于封闭系统，而且很难实现缓存空间共享，所以，P2P缓存的透明度比较度。ICN是一种新型的缓存系统，其可以对上述两种传统的缓存系统进行了优化，可以实现同一种对象命名一致化的功能，还具有较高的缓存透明度。ICN以其优良的特性成为了通用性强、应用面广、开放度高的基础服务。

　　1.2缓存泛在化

　　在传统缓存系统中，首先需要确定缓存点的位置，而缓存网络结构多呈树状，其规律性比较强，缓存之间的协同关系一般建立在流量需求以及数学模型中。ICN缓存系统具有较强的缓存泛在化，而且网络化程度高，其缓存点并不固定的，缓存结构具有多变性，节点之间缓存的关系并不明确，利用数学模型，无法准确的分析出缓存协同关系。

　　缓存泛在化，对缓存内容的可用性提出了较高的要求，相对于传统缓存系统，ICN缓存对象可用性比较清晰，在CDN网络中，缓存系统对于缓存对象的请求，需要对请求的可用性进行判断，还要对缓存时间进行分析，优化解析系统的各个节点，提高系统的动态性，维持系统的一致性。在网络内置缓存环境下，相关技术人员要提高缓存技术的利用率。

　　1.3缓存细粒度化

　　传统的缓存一般是以文件作为对象进行存储以及信息的交流，ICN缓存技术主要是以线速形式进行工作，其缓存运行的成本比较高，而且难以满足线速执行的要求。ICN系统会将缓存对象进行统一的划分，其主要以数据块作为缓存的单位，这对缓存粒度也有着较大影响。

　　我国文件粒度访问的流行度研究比较成熟，由于被访问的频率有着较大差异，所以，为了保证用户观看视频数据的通畅度，必须对其理论模型进行综合性的研究。

　　以粒度为文件的缓存模型，一般是独立参考的模型，在对缓存对象的流行度进行研究时发现，其流行度与请求序列关系不大，但是针对同一文件，由于chunk间有着较大的关联性，所以，用户在对chunk进行请求时，需要以线性顺序作为开头。将缓存系统中的大文件划分为小chunk后，增加了获取网络节点的途径，而且有利于提升缓存的效率。所以，文件的大小与缓存的效率有较大关系。

　　2、ICN缓存的主要内容

　　在研究ICN缓存时，可以从两方面入手，一是优化网络系统性能，二是简化缓存网络。第一类缓存研究，需要设计出多种技术优化方案，而可以从不同的角度对缓存系统的性能进行优化；第二类缓存研究主要建立理论模式，相关工作人员需要建立理论体系，对缓存行为的支撑体系进行研究。

　　2.1优化缓存系统性能的方式

　　ICN系统是实现缓存效果的重要系统，为了向用户提供更好的服务，必须找到有效的措施，提高ICN缓存系统的透明度。还要增加缓存网络的内置设施。影响缓存系统性能的因素很多，在对缓存系统性能进行优化时，要了解这些因素之间的影响，这样才能找到最佳的优化途径。相关人员在制定缓存系统优化策略时，需要对缓存节点的大小、资源共享的方式进行综合考虑，还要对缓存对象的可用性以及关注度进行研究，提高缓存资源的共享率以及利用率，提高缓存系统的整体性。

　　2.2缓存系统建模分析

　　为了更好了分析与了解缓存网络体系，必须建立缓存网络的理论建模体系，这样也可以分析出缓存网络行为。缓存系统建模与缓存对象的流行度、缓存网络的拓扑结构、管理策略有着较大联系，由于缓存对象在不同的缓存节点有着不同的缓存请求，这些请求之间也有着一定关联性，通过建立数学模型，可以更好的分析出缓存网络建模难点，也可以分析出缓存节点间的联动关系。

　　二、优化ICN内置缓存系统性能的方法

　　ICN缓存服务是提高缓存性能的基础，为了优化ICN缓存的性能，首先需要分析出系统透明度、泛在化以及细粒度等特征，还要对缓存机制运行中存在的机遇进行研究。优化缓存网络性能的方法，是ICN缓存研究的重要内容下面笔者对缓存大小规划、缓存空间共享机制、缓存决策策略等多个方面对优化ICN内置缓存系统性能的方法进行介绍。

　　1、缓存大小规划

　　缓存存储空间的大小，对缓存系统的性能有着较大影响，一般缓存空间越大，其可存储的对象与数据则越多，而且缓存系统命中率也越高。但是，缓存空间越大，其运行的成本以及开销也越多，为了更好的控制成本，必须对缓存空间的大小进行合理的规划。ICN缓存节点主要是以线速方式进行工作，这限制了缓存空间范围的扩大。从缓存大小规划来看，为了优化缓存网络的性能，必须做到以下两个方面的内容。

　　第一，在规划缓存空间大小时，需要保证系统实质性性能的提升。与传统缓存系统相比，ICN缓存需要满足线速执行的要求，这对节点缓存大小有着一定限制作用。ICN系统在对承载流量以及互联网传输性能进行优化时，需要考虑节点缓存空间的设置效果，而且根据路由器的差异性，缓存系统的配置也有着较大差异。存储器的材质不同，信息访问速度也有着一定差异，所以根据ICN功能的差别，其存储器的配置也需要想要的优化。

　　第二，缓存资源要做好优化配置工作，在不同的节点，需要配置不同的资源，这样才能提高系统的整体性以及性能。在对网络规划进行预算时，需要考虑缓存资源的分配，还要考虑缓存结构以及网络流量需求等因素。网络拓扑中心是优化缓存系统的重要途径，由于ICN缓存网络的节点具有不确定性，所以，分配缓存空间，是提高信息中心网络性能的有效措施。除此之外，增加非核心节点的数量，也可以扩大缓存控制的大小，有助于提高缓存的效率。在分析缓存网络拓扑结构时，不能只考虑网络中心性指标，相关人员还需要考虑缓存节点与用户的距离以及用户群体小大等内容。

　　2、缓存空间共享的优化

　　缓存透明化的一个直接后果是不同的流量、应用类型需要竞争使用有限的缓存资源。由于不同的应用、流量类型具有不同的流量特征，其缓存目标也不尽相同，如何在不同的应用、流量类型之间共享有限的缓存资源，并提供差异化服务，成为ICN中的缓存系统亟需解决的问题。

　　2.1固定划分的共享

　　固定划分是指为不同的应用、流量类型划分固定的缓存空间大小．为每类应用、流量分配的缓存空间仅服务于该应用、流量类型，因此，每种应用、流量类型不会干扰其他应用、流量类型的性能。

　　2.2动态共享

　　缓存空间的动态共享则在一类应用不占用缓存资源时允许另一类应用占用，实现了缓存空间的统计复用。动态共享策略用于指定不同类型的应用共享缓存的方式，常用的两种策略包括基于优先级的共享策略和基于加权公平的共享策略。基于优先级的共享策略的目的是给予某些应用更高的服务优先级。

　　三、结语

　　内置缓存技术是互联网技术不断发展的产物，其对用户观看视频的效果以及质量有着一定影响，优化与改进内置缓存基础，可以提高数据信息的传播效率，也可以促进信息技术的推广与应用。现如今，我国进入了信息时代，整个社会都呈现出了信息技术高速发展的态势，为了缓解流量爆炸与信息传输通道拥堵的现象，必须优化网络构架，实现网络内置缓存的透明化以及泛在化，这样才能保证信息流量传输的稳定性、安全性以及可靠性。ICN缓存网络系统是一项新型的系统，在对该系统进行研究时，笔者与传统缓存技术进行对比，这也有助于对现代缓存系统的完善。

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　　徐一帆