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基于层次分析法的NDN缓存策略

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   摘要    本文从NDN技术内容出发,结合层次分析法的理论将二者有机结合,研究NDN的缓存策略的实用研究方法,为我国互联网信息技术的进一步发展做出努力。
   【关键词】NDN 网络层次分析法 缓存策略分析
   1 NDN概述与其缓存策略研究现状
   1.1 NDN的概念
   NDN(Named Data Networking)是命名数据网络的缩写,它的出现主要是因为在信息技术飞速发展的大背景下,IP地址已然不够使用,在网路上的流量信息越来越大,已经不能够适应于当前社会上的网络服务要求。在这种情况下,一种新的、以信息为中心架构的网络体系自从2010年首次提出以来就越来越受到业界的关注,也就是NDN。NDN中只有Interest数据包和Data数据包两种,操作者使用它们就能够完成请求指令发出到内容反馈的整个过程,最终将反馈信息输送到数据的请求者手上。
   NDN网络的组成部分主要由以下幾个部分组成:命名技术、路由技术、缓存技术、安全技术等等方面,其中与解决实际问题最重要的部分就是其缓存技术。
   1.2 NDN缓存策略研究现状
   在互联网中产生的各种临时文件需要暂时存储同时保障用户间的互相交换,NDN中的内容存储器Content Store就是其缓冲存储器,在NDN中其使用可以大幅度提升网络的使用效率以及有效减轻互联网的通信压力。NDN的缓存技术主要包括了缓存大小、缓存替换、缓存信息的存储位置等等方面。
   目前的LCE(Leave Copy Everywhere)缓存策略是最简单而又实用的缓存方法,也是当前的NDN中所采用的默认的缓存策略。简而言之他就是将所有流经的信息内容全部都存储起来,当信息的存储空间被占满之后,就用最近一段时间内最少使用(LRU)策略将其替换掉。这种存储策略方法虽然很简单易于操作,但是其很明显有一个缺憾就是信息流没有经过整理而显得杂乱无章,当一个存储节点的空间不够大的时候,一个瞬时的热点流量冲击便会将其击垮,这不仅影响用户的使用体验,也需要运营者花费时间和经历投入资金和作业人员进行维护,故此算法显然不是最优的存储解决办法。
   2 层次分析的数据系统分析法
   层次分析法即指将一个复杂的决策问题通过分解出许多个元素的方式进行决策优化。主要是将与其有关的元素分解成目标层、准则层等等,然后又在这些目标、准则的基础上做定性定量的分析最终得出具体的决策方案。层次分析法就是按照这种方法将最终目标、子目标、应用准则以及可供选择的备用方案放到不同的层次结构中去,然后根据矩阵特征向量求解的办法得出在每一个层次的解决过程中对其上一个层次得到解决时的优先权来决定其选择与否,并且逐层递进,寻找出最适宜的、最符合总目标的最终方案权重即选为最终的目标方案。在层次分析法中的优先权重其实是一个相对的概念,是处于下位的子任务对于处于上一个层面的任务的优先程度的相对概念。这种分析方法比较适用于有分层的、同时又难以将目标值进行定量分析的评价系统。互联网作为一个分层较明确的系统,同时由于其巨大的数据流的存在,很难做出严格的数据信息定量分析,故很适合运用层次分析法对其进行缓存决策研究。
   3 NDN层次分析法的基本应用步骤
   3.1 构建层次结构模式图
   NDN缓存策略中需要用到的数据结构有CS、FIB、PIT等等,利用它们把总目标、子目标、标准、具体实行方案等等具体的问题抽象化到一个层次化的决策系统结构模型上来。主要包括:
   3.1.1 目标层
   在这一层次中,只有一个元素,也就是这次分析的最终理想目标或者预估可以达到的目标,其优势主要是减少流量冗余、优化缓存资源等。
   3.1.2 准则层
   这个层次包括了为实现目标层的任务而牵涉到的所有中间环节,可以由若干个层次进行组合,一般不会低于两个层次,主要有所需要考虑的准则、子准则等内容。如Interest包和Data包的跳数、相应缓存内容被访问的次数以及单位时间内流经相应节点的流量等等。
   3.1.3 方案层
   即为了实现这次的目标层内容所列举出的可供选择的实施方案。比如在得到所需参数的初始值后构造一个环路控制模型,运用该环路控制模型的变量和公式对我们所研究的参数进行后续的迭代求解,以期对所研究参数的结果进行不断优化。
   3.2 构建成对的比较矩阵
   这一步的主要工作就是将几个不同的影响因素放到同一个目标中去进行比较,验证其对既定目标的影响能力,以此来确定不同的影响因素对这个目标的占比情况。层次结构可以反映出影响因素间的关系,但是值得注意的是在准则层中的各个准则在目标层中的占比情况是各不相同的,这会是影响决策者最终做出判断的重要途径。将这些不同的影响因素作为准则列出,形成对比矩阵进行分析,最后归于一个较为统一的抉择。
   3.3 计算权重想想并做一致性检验
   利用一致性检验指标、随机一致性指标和一致性比例对成对比较矩阵进行计算,得出其最大的特征根和特征向量,并进行一致性检验分析。如果检验通过则其准则即为权重准则,否则需要重新构造对比矩阵再次进行检验,直到检验通过为止。
   3.4 计算组合权向量并做一致性检验
   在最后,将所有得到的最底层对于目标层的权重进行排序,通过自上而下的方式将单个的准则进行合成的工作。然后对总排序完成的层次做一致性检验,如果通过则认为分析结果可以接受,按照其指示出的方案进行解决。
   5 结语
   综合全文,在利用层次分析法对NDN缓存策略进行研究时,可以通过构建层次结构模式图、构建成对的比较矩阵以及进行计算权重想想并做一致性检验来完成。同时在进行NDN缓存策略研究时需要注重计算机技术、自动化技术的应用,切实提高NDN信息缓存效率,推动我国网络结构的成熟以及社会经济的发展。
   参考文献
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