【摘 要】
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随着互联网的飞速发展,传统的TCP/IP架构已经难以面对日益增长的用户需求。信息中心网络（Information-Centric Network,ICN）中无处不在的缓存使内容更靠近用户,能够有效减少用户访问延迟,降低链路负载,提高网络性能。在实际的应用中,数据更新会导致缓存中出现过期的内容,需要使用缓存强一致性策略以保证用户获得最新的内容。对缓存建立准确的分析模型是分析网络性能、进行网络规划的基
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随着互联网的飞速发展,传统的TCP/IP架构已经难以面对日益增长的用户需求。信息中心网络（Information-Centric Network,ICN）中无处不在的缓存使内容更靠近用户,能够有效减少用户访问延迟,降低链路负载,提高网络性能。在实际的应用中,数据更新会导致缓存中出现过期的内容,需要使用缓存强一致性策略以保证用户获得最新的内容。对缓存建立准确的分析模型是分析网络性能、进行网络规划的基础。目前为数不多的缓存强一致性模型研究中,仅仅基于LRU缓存替换策略展开或只考虑了单节点的缓存性能。此外,目前研究内容副本在缓存节点的决策策略很少考虑到内容更新的影响,无法保证用户请求到最新内容的同时缓存系统也拥有高性能,而设计复杂的策略会加入大量的字段,增大了部署成本和难度。针对上述问题,本文建立了缓存强一致性数学分析模型,在理论层面给出缓存性能的分析方法;同时在考虑内容一致性的基础上,设计了一种基于缓存节点与内容副本属性的缓存决策策略,具体的研究工作如下:（1）基于缓存强一致性问题,提出了一种通用缓存替换策略下的分析模型,适用于所有可以用特征时间近似的缓存替换策略。模型通过比较更新时间间隔和特征时间的大小,提供了三种缓存强一致性策略下缓存命中率和服务器负载的计算方法。在模型中,内容更新事件发生的时间间隔可以满足任意分布。模型在单节点缓存中考虑了四种常见缓存替换策略、在两级缓存中考虑了四种类型混合缓存替换策略进行了解析式推导和仿真实验验证,模型具有很高的精确度。（2）针对现有缓存决策策略的不足,设计了基于内容一致性和节点属性的差异化缓存策略（Differentiated Caching Strategy Based on Content Consistency and Node Attributes,DCCNA）。该策略在内容的角度综合考虑了流行度和更新周期的影响,在缓存节点的角度综合考虑网络拓扑图中缓存节点接近中心性,以选出在网络拓扑中重要的枢纽节点。使不同的内容在不同的节点进行差异化存储,以较低的资源消耗使网络达到高性能。本文进行了大量的仿真实验,通过比较模型计算结果和仿真结果,证明了缓存强一致性模型具有很高的精确度,同时也探究了网络性能在不同缓存系统中的变化规律。本文提出的缓存决策策略相较于其它常用的缓存决策策略在能够在内容更新频繁时获得更高的全网缓存命中率、更低的服务器负载和更少的平均跳数。
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