CN110012106B - 一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及*** - Google Patents
一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***,协调节点接收响应报文后,计算目标内容的缓存效用值,并当目标内容的缓存效用值小于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存的第一标识;当目标内容的缓存效用值大于或等于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存的第二标识,然后,针对添加第一或第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。本发明实施例可以减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源。
Description
技术领域
本发明涉及计算机通信技术领域,特别是涉及一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***。
背景技术
随着移动互联网技术的迅速发展以及物联网技术的广泛应用,网络中边缘设备的数量迅速增加,导致网络流量的快速增长,这些快速增长的网络流量给网络带来了巨大的挑战。目前,网络中主要采用的端到端传输机制使得网络中存在大量流行内容的重复传输,浪费了网络资源,且,网络流量的快速增长,使得网络中内容传输的时延难以满足网络的需求,该内容例如可以是视频文件、新闻、快讯等。因此,如何提高网络资源的利用率、同时降低网络时延、提升用户体验成为了人们关注的重点。
ICN(Information-Centric Network,信息中心网络)网络作为下一代网络体系结构研究的新热点,采用以信息为中心的通信方式替代了现有的以端为中心的通信方式,直接对内容进行统一标识并基于内容标识进行定位、路由和传输,将网络打造成为信息传输、存储和服务的一体化平台。在ICN中最重要的特征之一就是网内缓存,该特征利用网络节点中的存储空间缓存内容的副本,响应用户的请求,以减少冗余流量,缓解网络带宽压力。现有针对ICN网内内容进行缓存的方法有:TERC(Transparent En-Route Caching,透明路由缓存)技术,该技术是大多数ICN默认的缓存决策技术,在该技术中,内容在各分发路径上的所有节点中进行缓存,当用户需要请求内容时,直接可以从所请求的节点获取到内容,可以缩短用户获取内容的时间。
然而,现有的针对ICN网内内容的缓存方法,对各分发路径上的所有节点都进行内容的缓存,使得缓存的内容冗余度较大,占用的空间较多,因此出现浪费网络资源的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***,以减少信息中心网络中内容缓存冗余。具体技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于信息中心网络中的协调节点,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,所述方法包括:
接收第一用户请求,所述第一用户请求为所述边缘网络节点转发的用户请求,所述第一用户请求用于获取目标内容;查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标记;如果所述ECT中记录有与所述目标内容对应的标记,则利用所述ECT中记录的路由信息,将所述第一用户请求转发至缓存有所述目标内容的边缘网络节点;如果所述ECT中未记录有与所述目标内容对应的标记,则将所述第一用户请求转发至距离所述协调节点最近的云端网络节点,以使所述云端网络节点处理所述第一用户请求;接收由所述云端网络节点转发的响应报文,所述响应报文包含所述目标内容;通过第一预设公式,计算所述目标内容的缓存效用值;如果所述缓存效用值小于预设阈值,则在所述目标内容中添加第一标识;所述第一标识用于标示所述目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;如果所述缓存效用值大于或等于预设阈值,则在所述目标内容中添加第二标识;所述第二标识用于标示所述目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点。
可选地,所述第一预设公式表示为:
式中,CU(i)表示目标内容i的缓存效用值,P(i)表示目标内容i的流行度,Size(i)表示目标内容i占用的存储空间,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比;其中,所述目标内容的流行度用于表示所述目标内容被请求的频繁程度;所述目标内容缓存的网络收益比用于表示所述目标内容在边缘网络节点缓存节约的时间百分比。
第二方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于信息中心网络中的云端网络节点,所述方法包括:
接收第二用户请求,所述第二用户请求为所述协调节点转发的用户请求,所述第二用户请求用于获取目标内容,且所述第二用户请求中携带有所述目标内容的标识信息;计算所述目标内容的标识信息所对应的哈希HASH值,并在分布式哈希表DHT中查找与所述HASH值对应的云端网络节点;当查找到所述HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存所述目标内容;如果在该云端网络节点中缓存有所述目标内容,则将针对所述第二用户请求的响应报文发送至所述协调节点;如果在该云端网络节点中未缓存所述目标内容,则将所述第二用户请求转发至源服务器,以使所述源服务器根据所述第二用户请求返回响应报文;接收所述响应报文;计算所述响应报文中的目标内容的HASH值;基于得到的所述目标内容的HASH值,将所述目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将所述响应报文转发至协调节点。
第三方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于信息中心网络中的边缘网络节点,所述方法包括:
接收第三用户请求,所述第三用户请求为请求节点发送的用户请求,所述第三用户请求用于获取目标内容;判断各边缘网络节点中是否缓存有所述目标内容;如果所述边缘网络节点中缓存有所述目标内容,则将所述目标内容发送至所述请求节点;如果所述边缘网络节点中均未缓存所述目标内容,则将所述第三用户请求转发至所述协调节点,以使所述协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标识;接收所述协调节点发送的包含添加第二标识后的所述目标内容的响应报文;计算缓存概率;基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,并将所述目标内容发送至所述请求节点。
可选地,所述计算缓存概率的步骤,包括:通过第二预设公式计算缓存概率,所述第二预设公式表示为:
式中,pp(r)表示边缘网络节点r的缓存概率,R表示请求节点到协调节点之间的中间节点的数量,DrS表示边缘网络节点r与协调节点的距离。
第四方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存装置,应用于信息中心网络中的协调层,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,所述装置包括:
第一接收模块,用于接收第一用户请求,所述第一用户请求为所述边缘网络节点转发的用户请求,所述第一用户请求用于获取目标内容;查询模块,用于查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标记;如果所述ECT中记录有与所述目标内容对应的标记,则利用所述ECT中记录的路由信息,将所述第一用户请求转发至缓存有所述目标内容的边缘网络节点;如果所述ECT中未记录有与所述目标内容对应的标记,则将所述第一用户请求转发至距离所述协调节点最近的云端网络节点,以使所述云端网络节点处理所述第一用户请求;第二接收模块,用于接收由所述云端网络节点转发的响应报文,所述响应报文包含所述目标内容;第一计算模块,用于通过第一预设公式,计算所述目标内容的缓存效用值;第一判断模块,用于判断所述目标内容的缓存效用值是否小于预设阈值;第一发送模块,用于如果所述缓存效用值小于预设阈值,则在所述目标内容中添加第一标识;所述第一标识用于标示所述目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;第二发送模块,用于如果所述缓存效用值大于或等于预设阈值,则在所述目标内容中添加第二标识;所述第二标识用于标示所述目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点。
第五方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存装置,应用于信息中心网络中的云端网络层,所述装置包括:
第三接收模块,用于接收第二用户请求,所述第二用户请求为所述协调节点转发的用户请求,所述第二用户请求用于获取目标内容,且所述第二用户请求中携带有所述目标内容的标识信息;第二计算模块,用于计算所述目标内容的标识信息所对应的哈希HASH值,并在分布式哈希表DHT中查找与所述HASH值对应的云端网络节点;第二判断模块,用于当查找到所述HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存所述目标内容;第三发送模块,用于如果在该云端网络节点中缓存有所述目标内容,则将针对所述第二用户请求的响应报文发送至所述协调节点;第四发送模块,用于如果在该云端网络节点中未缓存所述目标内容,则将所述第二用户请求转发至源服务器,以使所述源服务器根据所述第二用户请求返回响应报文;第四接收模块,用于接收所述响应报文;第三计算模块,用于计算所述响应报文中的目标内容的HASH值;第一缓存模块,用于基于得到的所述目标内容的HASH值,将所述目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将所述响应报文转发至协调节点。
第六方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存装置,应用于信息中心网络中的边缘网络层,所述装置包括:
第五接收模块,用于获取第三用户请求,所述第三用户请求为请求节点发送的用户请求,所述第三用户请求用于获取目标内容;第三判断模块,用于判断各边缘网络节点中是否缓存有所述目标内容;第五发送模块,用于如果所述边缘网络节点中缓存有所述目标内容,则将所述目标内容发送至所述请求节点;第六发送模块,用于如果所述边缘网络节点中均未缓存所述目标内容,则将所述第三用户请求转发至所述协调节点,以使所述协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标识;第六接收模块,用于接收所述协调节点发送的包含添加第二标识后的所述目标内容的响应报文;第四计算模块,用于计算缓存概率;第二缓存模块,用于基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,并将所述目标内容发送至所述请求节点。
第七方面,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存***,包括:源服务器,云端网络节点,协调节点以及边缘网络节点,所述源服务器与所述云端网络节点直接通信,所述协调节点分别与所述云端网络节点和所述边缘网络节点通信连接。
本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***,协调节点接收响应报文后,能够计算目标内容的缓存效用值,并当目标内容的缓存效用值小于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存的第一标识;当目标内容的缓存效用值大于或等于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存的第二标识,然后,针对添加第一或第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点,由于本发明实施例能够通过协调节点控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存,而不是对所有的目标内容都进行缓存,因此,本发明实施例可以减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源。
本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***,云端网络节点接收响应报文后,计算响应报文中的目标内容的HASH值,基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将响应报文转发至协调节点。本发明实施例由于能够基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,因此目标内容对应一个云端网络节点进行缓存,不需要在其他的云端网络节点中重复缓存,减少内容缓存的冗余,同时减少空间的占用,节省网络资源。
本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***,边缘网络节点接收响应报文后,计算缓存概率,基于该缓存概率,对目标内容进行缓存,并将目标内容发送至请求节点。本发明实施例中,基于所计算的缓存概率对目标内容进行缓存,而不是接收到响应报文之后在传输路径上所有的边缘网络节点中都对目标内容进行缓存,减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源,进一步可以使得在用户请求内容时快速的获取该内容,提高缓存命中率。当然,实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种网络结构示意图;
图2为本发明实施例提供的第一种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图3为本发明实施例提供的第二种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图4为本发明实施例提供的第三种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图5为本发明实施例提供的第四种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图6为本发明实施例提供的第五种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图7为本发明实施例提供的第六种基于边缘计算的协调缓存方法流程图;
图8为本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存***信令交互示意图;
图9a为本发明实施例提供的服务器负载减小率与流行度因子变化关系仿真图;
图9b为本发明实施例提供的路由跳数减小率与流行度因子变化关系仿真图;
图9c为本发明实施例提供的缓存冗余度与流行度因子变化关系仿真图;
图9d为本发明实施例提供的服务器负载减小率仿真图;
图9e为本发明实施例提供的路由跳数减小率仿真图;
图9f为本发明实施例提供的缓存冗余度随缓存容量增大的变化情况仿真图;
图10为本发明实施例提供的第一种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图11为本发明实施例提供的第二种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图12为本发明实施例提供的第三种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图13为本发明实施例提供的第四种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图14为本发明实施例提供的第五种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图15为本发明实施例提供的第六种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图;
图16为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图;
图17为本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图;
图18为本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了解决现有ICN网内内容的缓存冗余度较大,占用空间较多,进而出现的浪费网络资源的问题,本发明实施例提供了一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***。
本发明实施例中ICN网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,云端网络层包含若干云端网络节点,协调层包含若干协调节点,边缘网络层包含若干边缘网络节点,协调层分别与云端网络层和边缘网络层通信连接,源服务器与云端网络层通信连接。可参见图1,图1为本发明实施例提供的一种网络结构示意图,协调层的协调节点与云端网络层的云端网络节点可以直接通信连接,一个协调节点能够管理多个边缘网络节点。参见图1,边缘网络节点可以划分为多个邻域,每个邻域由一个协调节点控制,一个邻域中有多个边缘网络节点。本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存方法、装置及***应该于该ICN网络中。
本发明实施例中,协调层所包含的协调节点可以是:在本发明实施例中未进行协调层的划分之前,从可以与云端网络节点直接通信连接的边缘网络节点中选取的,因该可以与云端网络节点直接通信连接的边缘网络节点,可以与多个用户终端通信连接,进而管理多个用户终端,也可以与云端网络节点直接通信连接。故而从可以与云端网络节点直接通信连接的边缘网络节点中选取的协调节点所形成的协调层,可以分别与云端网络层和边缘网络层通信连接。具体的,本领域技术人员可以根据实际需求从边缘网络节点中选取协调节点,本发明实施例在此不作限制。
参见图2,图2为本发明实施例提供的第一种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于协调节点,该方法可以包括:
S201,接收第一用户请求。其中,第一用户请求为边缘网络节点转发的用户请求,该第一用户请求用于获取目标内容。实际应用中,该第一用户请求需要获取的目标内容,例如可以是视频文件、新闻、快讯等。
S202,查询ECT(Edge Content Table,边缘内容放置信息表)中是否记录有与目标内容对应的标记。本发明实施例中,当协调节点接收到第一用户请求时,该第一用户请求为边缘网络节点所转发的用户请求,可以称为第三用户请求,查询ECT中是否记录有与目标内容对应的标记。该ECT中记录有不同内容对应的标记,以及该标记对应的路由信息,该路由信息中记录有存储目标内容对应的边缘网络节点的信息,且每一内容对应的标记是唯一的。
S203,如果ECT中记录有与目标内容对应的标记,则利用ECT中记录的路由信息,将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点。如果ECT中记录有与目标内容对应的标记,则可以直接利用ECT中记录的路由信息,将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点,以便缓存有目标内容的边缘网络节点将目标内容返回给请求节点。
S204,如果ECT中未记录有与目标内容对应的标记,则将第一用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点,以使云端网络节点处理第一用户请求。如果ECT中未记录有与目标内容对应的标记,说明协调节点所控制的边缘网络节点中都未缓存目标内容,则可以将第一用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点,以使云端网络节点处理第一用户请求。在实际应用中,将第一用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点,可以是将第一用户请求转发至与协调节点之间跳数最少的云端网络节点。本发明实施例中,所说的跳数最少是指从协调节点到边缘网络节点的传输路径上所经过的中间节点最少。
本发明实施例中,协调节点针对接收到的第一用户请求,查询ECT中是否记录有与目标内容对应的标记,如果有,则可以将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点。避免请求节点在其请求路径上的边缘网络节点中未请求到目标内容,而进一步向云端网络节点请求目标内容,可以使请求节点更快速的得到所请求的目标内容。
参见图3,图3为本发明实施例提供的第二种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于协调节点,该方法可以包括:
S301,接收由云端网络节点转发的响应报文,该响应报文包含目标内容。本发明实施例中,一种可能的实现方式为:协调节点所接收的由云端网络节点转发的响应报文为:边缘网络节点接收到请求节点发送的用于获取目标内容的用户请求之后,在边缘网络节点中未获取到目标内容,该用户请求被边缘网络节点转发至协调节点,且协调节点在ECT中未查询到记录有与目标内容对应的标记,将该用户请求进一步转发至云端网络节点。云端网络节点缓存有该目标内容时,所返回的包含目标内容的响应报文。
本发明实施例另一种可能的实现方式为:协调节点所接收的由云端网络节点转发的响应报文为:边缘网络节点接收到请求节点发送的用于获取目标内容的用户请求之后,在边缘网络节点中未获取到目标内容,该用户请求被边缘网络节点转发至协调节点,且协调节点在ECT中未查询到记录有与目标内容对应的标记,将该用户请求进一步转发至云端网络节点。云端网络节点未缓存目标内容,并将该用户请求转发至源服务器。源服务器接收到用户请求之后,针对用户请求所返回的包含目标内容的响应报文。
S302,通过第一预设公式,计算目标内容的缓存效用值。
本发明实施例中,协调节点接收到响应报文之后,可以通过第一预设公式,计算响应报文中包含的目标内容的缓存效用值,该第一预设公式可以表示为:
式中,CU(i)表示目标内容i的缓存效用值,P(i)表示目标内容i的流行度,Size(i)表示目标内容i占用的存储空间,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比;其中,目标内容的流行度用于表示目标内容被请求的频繁程度;目标内容缓存的网络收益比用于表示目标内容在边缘网络节点缓存节约的时间百分比。
本发明实施例中,目标内容的流行度的获取步骤,可以包括:通过第二预设公式,计算目标内容的流行度,该第二预设公式可以表示为:
式中,counter(i)表示目标内容i在一个统计周期内被请求的次数,counter表示所有内容在一个统计周期内被请求的总次数。
记Pi=(pi1,pi2,…pik)T,则pik表示目标内容i在第阶周期计算的流行度,将pi看做统计周期的二次函数,得到二次回归模型:
pi=bi0+bi1t+bi2t2+ε,其中t=1,2,3,…k,ε~N(0,σ2)
式中,bi0、bi1、bi2为二次回归模型的系数,t表示二次回归模型的变量,令t1=t,t2=t2,将所述二次回归模型转为二元线性回归模型:
pi=bi0+bi1t1+bi2t2+ε,其中t1=1,2,3,…k,t2=12,22,32,…k2
式中,系数矩阵为:
本发明实施例中,目标内容缓存的网络收益比的获取步骤,可以包括:通过第三预设公式,计算请求目标内容的节点n(即请求节点n)所请求的目标内容在边缘网络缓存时的网络平均时延,该第三预设公式可以表示为:
式中,D1表示请求节点n所请求的目标内容在边缘网络缓存时的网络平均时延,表示请求节点n所请求的目标内容在边缘网络得到响应的概率,表示边缘网络层I的n节点到协调层的m节点的传播时延,表示协调层的m节点到边缘网络层I的n节点的传播时延,表示边缘网络层I的n节点到协调层的m节点的发送时延之和,表示协调层的m节点到边缘网络层I的n节点的发送时延之和,表示请求节点n所请求的目标内容在云端网络层得到响应的概率,表示协调层的m节点到云端网络层C的g节点的传播时延,表示云端网络层C的g节点到协调层的m节点的传播时延,表示协调层的m节点到云端网络层C的g节点的发送时延之和,表示云端网络层C的g节点到协调层的m节点的发送时延之和。
通过第四预设公式,计算请求节点n所请求的目标内容未在边缘网络缓存时的网络平均时延,该第四预设公式可以表示为:
式中,D2表示请求节点n所请求目标内容未在边缘网络缓存时的网络平均时延。
通过第五预设公式,计算请求节点n所请求的目标内容在边缘网络缓存处理的总时延,该第五预设公式可以表示为:
式中,Hi表示请求节点n所请求的目标内容i在边缘网络缓存处理的总时延,J表示边缘网络缓存内容的节点集合,Ai,j表示目标内容i在节点j上进行缓存的处理时延。
通过第六预设公式,计算目标内容i缓存的网络收益比,该第六预设公式可以表示为:
式中,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比。
S303,如果缓存效用值小于预设阈值,则在目标内容中添加第一标识。第一标识用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存。
S304,针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。本发明实施例中,当计算目标内容的缓存效用值小于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示该目标内容不需要在边缘网络节点中缓存的第一标识,并将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。具体的,本领域技术人员可根据实际需求对预设阈值进行设定,本发明实施例在此不作限制。
S305,如果缓存效用值大于或等于预设阈值,则在目标内容中添加第二标识。第二标识用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存。
S306,针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。本发明实施例中,当所得缓存效用值大于或等于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示该目标内容需要在边缘网络节点中缓存的第二标识,并将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点,以控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存。
本发明实施例中,协调节点接收响应报文后,能够计算目标内容的缓存效用值,并当目标内容的缓存效用值小于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存的第一标识;当目标内容的缓存效用值大于或等于预设阈值时,在目标内容中添加用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存的第二标识,然后,针对添加第一或第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点,由于本发明实施例能够通过协调节点控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存,而不是对所有的目标内容都进行缓存,因此,本发明实施例可以减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源。
参见图4,图4为本发明实施例提供的第三种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于云端网络节点,该方法可以包括:
S401,接收第二用户请求。第二用户请求可以为协调节点转发的用户请求,该第二用户请求用于获取目标内容,且第二用户请求中携带有目标内容的标识信息。本发明实施例中,当协调节点接收到第一用户请求,并在ECT中查询到未记录与目标内容对应的标记时,将该第一用户请求转发至云端网络节点。云端网络节点接收第二用户请求,该第二用户请求为协调节点转发的第一用户请求,该第二用户请求用于获取目标内容,且第二用户请求中携带有目标内容的标识信息。可选地,目标内容的标识信息可以是:目标内容的题目、目标内容的相关标记等用于标示该目标内容的信息,具体的,本发明实施例在此不作限制。
S402,计算目标内容的标识信息所对应的HASH值,并在分布式哈希表DHT(Distributed Hash Table,分布式哈希表)中查找与HASH值对应的云端网络节点。其中,DHT是一种分布式存储方法,其具体的存储过程可参见现有技术的实现方式,本发明实施例在此不再赘述。云端网络节点在接收到协调节点转发的第二用户请求时,可以计算该第二用户请求中携带的目标内容的标识信息所对应的哈希HASH值,然后在DHT中查找与该HASH值对应的云端网络节点。
S403,当查找到HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存目标内容。
S404,如果在该云端网络节点中缓存有目标内容,则将针对第二用户请求的响应报文发送至协调节点。如果在该云端网络节点中缓存有目标内容,即在云端网络节点处就能够响应第二用户请求,则该云端网络节点会针对第二用户请求生成响应报文,然后,将所生成的响应报文发送至协调节点。
S405,如果在该云端网络节点中未缓存目标内容,则将第二用户请求转发至源服务器,以使源服务器根据第二用户请求返回响应报文。如果在该云端网络节点中未缓存目标内容,即在云端网络节点处不能够响应第二用户请求,则该云端网络节点会将第二用户请求转发至源服务器,以使源服务器根据第二用户请求返回响应报文。在实际应用中,云端网络节点可以根据预设的FIB(Forwarding Information Table,转发信息表)将第二用户请求转发至源服务器,具体的,云端网络节点将第二用户请求转发至源服务器的实施方式,本发明实施例在此不作限制。
本发明实施例中,云端网络节点针对接收到的第二用户请求,计算目标内容的标识信息所对应的HASH值,并在DHT中查找与HASH值对应的云端网络节点,当在云端网络节点中缓存有目标内容时,针对第二用户请求生成响应报文,并将该响应报文发送至协调节点,以使该响应报文能够快速的返回到请求目标内容的请求节点。
参见图5,图5为本发明实施例提供的第四种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于云端网络节点,该方法可以包括:
S501,接收响应报文。本发明实施例中,云端网络节点所接收的响应报文可以为:源服务器接收到云端网络节点所转发的第二用户请求时,源服务器根据该第二用户请求返回的响应报文,该响应报文中包含第二用户请求所请求的目标内容。
S502,计算响应报文中的目标内容的HASH值。本发明实施例中可以是计算目标内容对应标识信息的HASH值,具体的,计算目标内容对应标识信息的HASH值的过程,可参见现有技术中HASH值的计算过程,本发明实施例在此不再赘述。
S503,基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将响应报文转发至协调节点。将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点的过程可参见现有技术中的HASH缓存过程,本发明实施例在此不再赘述。
本发明实施例由于能够基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,因此目标内容对应一个云端网络节点进行缓存,不需要在其他的云端网络节点中重复缓存,减少内容缓存的冗余,同时减少空间的占用,节省网络资源。
参见图6,图6为本发明实施例提供的第五种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于边缘网络节点,该方法可以包括:
S601,接收第三用户请求。第三用户请求为请求节点发送的用户请求,该第三用户请求用于获取目标内容。
S602,判断各边缘网络节点中是否缓存有目标内容。
S603,如果边缘网络节点中缓存有目标内容,则将目标内容发送至请求节点。
S604,如果边缘网络节点中均未缓存目标内容,则将第三用户请求转发至协调节点,以使协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标识。
本发明实施例中,边缘网络节点接收到第三用户请求之后,在各边缘网络节点中查询是否缓存有目标内容,如果在该第三用户请求发往协调节点的各边缘网络节点中都未缓存目标内容,则将第三用户请求转发至协调节点,以使协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标识。以便第三用户请求在边缘网络节点未收到响应时,进一步向协调节点处请求目标内容。
参见图7,图7为本发明实施例提供的第六种基于边缘计算的协调缓存方法,应用于边缘网络节点,该方法可以包括:
S701,接收协调节点发送的包含添加第二标识后的目标内容的响应报文。本发明实施例中,边缘网络节点接收协调节点发送的包含添加第二标识后的目标内容的响应报文,即该响应报文中的目标内容为需要边缘网络节点进行缓存的内容。
S702,计算缓存概率。在边缘网络节点接收到包含需要缓存的目标内容的响应报文时,计算该边缘网络节点的缓存概率。具体的,计算缓存概率的步骤,可以包括:通过第二预设公式计算缓存概率,该第二预设公式可以表示为:
式中,pp(r)表示边缘网络节点r的缓存概率,R表示请求节点到协调节点之间的中间节点的数量,DrS表示边缘网络节点r与协调节点的距离。
S703,基于缓存概率,对目标内容进行缓存,并将目标内容发送至请求节点。本发明实施例中,计算缓存概率之后,将所计算的缓存概率输入预设的缓存模块,得到是否对目标内容进行缓存的输出,进一步对目标内容进行缓存,并将目标内容发送至请求节点。本发明实施例中,预设的缓存模块判断是否对目标内容进行缓存的实现方式,可参考开源仿真工具NDNSim中的模块,该模块可以实现:输入缓存概率,输出是否对内容进行缓存的结果。
本发明实施例中,基于所计算的缓存概率对目标内容进行缓存,而不是接收到响应报文之后在传输路径上所有的边缘网络节点中都对目标内容进行缓存,减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源,进一步可以使得在用户请求内容时快速的获取该内容,提高缓存命中率。
下面结合具体应用实例对本发明实施例提供的一种基于边缘计算的协调缓存进行介绍。
假设边缘网络中的一个邻域中包含多个边缘网络节点,该多个边缘网络节点由一个协调节点控制,协调节点与云端网络节点通信连接,云端网络节点与源服务器通信连接,其具体的信息传递过程如图8所示。用户请求到达边缘网络节点,如果边缘网络节点中缓存有目标内容,则将目标内容发送至请求节点,如果在各边缘网络节点中都未缓存目标内容时,该用户请求经过边缘网络节点,到达协调节点。协调节点接收用户请求,查询ECT中是否记录有与目标内容对应的标记,如果ECT中记录有与目标内容对应的标记,则利用ECT中记录的路由信息,将用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点,以使缓存有目标内容的边缘网络节点向请求节点返回目标内容。如果ECT中未记录有与目标内容对应的标记,则将用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点。云端网络节点接收用户请求,计算目标内容的标识信息所对应的HASH值,并在DHT中查找与HASH值对应的云端网络节点。如果在云端网络节点中缓存有目标内容,则将针对用户请求的响应报文发送至协调节点,协调节点确定该目标内容是否需要在边缘网络节点缓存,并将响应报文发送至边缘网络节点;如果在云端网络节点中未缓存目标内容,则将用户请求转发至源服务器。源服务器接收用户请求,根据该用户请求向云端网络节点返回响应报文,以便云端网络节点缓存目标内容。云端网络节点接收响应报文,计算响应报文中的目标内容的HASH值,并基于该HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将响应报文转发至协调节点。协调节点接收响应报文,计算目标内容的缓存效用值,并基于该缓存效用值,在目标内容中添加用于标示目标内容是否需要在边缘网络节点中缓存的标识,然后将添加标识之后的响应报文发送至边缘网络节点。边缘网络节点接收响应报文,计算缓存概率,并基于该缓存概率,对目标内容进行缓存,将目标内容发送至请求节点。
本发明实施例中,云端网络节点由于能够基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,因此目标内容对应一个云端网络节点进行缓存,不需要在其他的云端网络节点中重复缓存,协调节点能够控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存,而不是对所有的目标内容都进行缓存,且基于所计算的缓存概率对目标内容进行缓存,而不是接收到响应报文之后在传输路径上所有的边缘网络节点中都对目标内容进行缓存,减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源,进一步可以使得在用户请求内容时快速的获取该内容,提高缓存命中率。
示例性地,本发明实施例中对目标内容使用不同的缓存方法进行缓存,使用开源的仿真工具NDNSim进行仿真实验,其中,开源操作***Ubuntu使用14.04,标准库函数libboost使用1.55,模拟器ndnSIM使用1.0。ndnSIM1.0是实现NDN(Named DataNetworking,命名数据网络)的一个NS-3的模块。实验构建了符合域内和域间特性的网络拓扑,节点数为50,其中包含32个边缘路由器,17个云端路由器和1个源服务器,每个路由器上包含一定数量的缓存内容并且运行相应的缓存方法。用户请求分布服从Zipf齐夫分布,请求到达符合泊松过程。具体参数设置如下表1所示。
表1参数设置表
参数设置 | 默认值 | 范围 |
Zipf | 1 | 0.7~1.3 |
内容数目 | 10000 | / |
缓存块大小/chunk | 50 | 10~90 |
请求速率/(request·s<sup>-1</sup>) | 100 | / |
本发明示例中考虑三个性能评价指标:SLRR(server load reduction ratio,服务器负载减少率):网络内未到达服务器的兴趣包数目与总的兴趣包数目之比,其表达式为:
式中,L_sum表示未到达服务器的兴趣包数,R_sum表示总的兴趣包数目。服务器服务负载减少率反映由于缓存响应用户请求带来的服务器端的负载压力的减少比率。该指标越高,说明服务器端负载压力越小,也说明缓存效果越明显。
AHRR(average hop reduction ratio,路由跳数减少率):兴趣包命中节点节省的距离与用户在源服务器端获取内容所需的路由跳数之比。
式中,hop_c表示使用某种缓存方法后兴趣包经过的跳数,hop_nc表示不使用缓存时兴趣包经过的跳数。
CR(cache redundancy,缓存冗余度)表示为:
式中,Content_counts表示缓存中的所有内容数量,type_counts表示产生的所有内容种类数量。该指标反映了内容在缓存中的冗余度,该值越低说明冗余度越低,缓存种类越丰富,最小值为1说明缓存内容不重复。
本发明实施例中,用户的内容请求服从Zipf(N,θ)分布,其中,N为网络中总内容数,θ为倾斜因子,θ值越小,内容的集中度越明显。本发明示例对目标内容使用不同的缓存方法进行缓存,得到的仿真图分别如图9a至图9f所示。其中,NEC(No Edge Caching,不设置边缘缓存)缓存方法为:只在云端网络节点中对内容进行缓存,不在边缘网络节点中对内容缓存。ECC(Edge Cloud Cacing,边缘云缓存)缓存方法即本发明实施例所采用的缓存方法。AEC(All Edge Caching,全边缘缓存)缓存方法为:只在边缘网络节点中对内容进行缓存,不在云端网络节点中对内容缓存。随着倾斜因子θ的增大,内容请求的集中度增强,内容的流行度变高。
其中,图9a为本发明实施例提供的服务器负载减小率与流行度因子变化关系仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得服务器负载减小率与流行度因子变化关系不同,因内容流行度的提高,使得各节点缓存内容趋同,三种方法的性能差距有所减小,ECC在边缘和云端都建立了缓存,增加缓存内容的数量,从而满足大部分的内容请求,相较而言,本发明实施例的缓存方法使得服务器负载减小率相对较高。图9b为本发明实施例提供的路由跳数减小率与流行度因子变化关系仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得路由跳数减小率与流行度因子变化关系不同,在内容请求集中时,边缘缓存可以满足大部分的内容请求,而NEC方法中没有进行边缘缓存,相比其他两种方法,缓存的位置距离请求者较远,路由跳数减少率的提高较少,相较而言,本发明实施例的缓存方法使得路由跳数减小率相对较高。图9c为本发明实施例提供的缓存冗余度与流行度因子变化关系仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得缓存冗余度与流行度因子变化关系不同,由于在云端采用的是HASH缓存,每种内容只被一个节点缓存因此对于NEC方法来说,缓存的冗余度一直保持在1,即没有冗余,而AEC方法的采用的是随处缓存,因此相对其他两种方法较高,相较而言,本发明实施例的缓存方法使得缓存冗余度相对较小。图9d为本发明实施例提供的服务器负载减小率仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得服务器负载减小率不同,在缓存容量较小时,节点缓存空间有限,不能完全满足缓存内容的需要,节点会频繁发生替换,AEC方法中边缘节点执行沿路缓存会产生大量替换,相比NEC和ECC,服务器负载减小率较低。随着缓存空间的增大,节点可缓存的内容增加,相较而言,三种方法下的服务器负载率都有所提高,但NEC与AEC的差距逐渐减小,ECC一直保持较好的性能,服务器负载减小率相对较高。图9e为本发明实施例提供的路由跳数减小率仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得路由跳数减小率不同,由于节点缓存容量增大,网络可缓存内容数量增多,三种方法的平均跳数减少率都有所增加,相较而言,本发明实施例的缓存方法使得路由跳数减小率相对较高。图9f为本发明实施例提供的缓存冗余度随缓存容量增大的变化情况仿真图,图中显示了三种不同缓存方法使得缓存冗余度随缓存容量增大的变化情况不同,对比可见,本发明实施例的缓存方法使得缓存冗余度随缓存容量增大的变化较小。
上述仿真实验结果可知,在三种缓存方法中NEC在减少缓存冗余度方面有较大优势,而其他缓存性能指标表现均不如AEC和ECC,而AEC在冗余度上的表现并没有很差,而适当的内容冗余可以带来较好的缓存性能提升。本发明实施例的ECC能够兼顾提升服务器负载减少率和和降低缓存冗余度。
与前述第一种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第一种基于边缘计算的协调缓存装置。图10为本发明实施例提供的第一种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于协调层,该装置包括:
第一接收模块101,用于接收第一用户请求,第一用户请求为边缘网络节点转发的用户请求,第一用户请求用于获取目标内容。查询模块102,用于查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标记;如果ECT中记录有与目标内容对应的标记,则利用ECT中记录的路由信息,将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点;如果ECT中未记录有与目标内容对应的标记,则将第一用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点,以使云端网络节点处理第一用户请求。本发明实施例中,协调节点针对接收到的第一用户请求,查询ECT中是否记录有与目标内容对应的标记,如果有,则将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点。避免请求节点在其请求路径上的边缘网络节点中未请求到目标内容,而进一步向云端网络节点请求目标内容,可以使请求节点更快速的得到所请求的目标内容。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图2所示的第一种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图2所示的第一种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述第二种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第二种基于边缘计算的协调缓存装置。图11为本发明实施例提供的第二种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于协调层,该装置包括:
第二接收模块111,用于接收由云端网络节点转发的响应报文,响应报文包含目标内容。第一计算模块112,用于通过第一预设公式,计算目标内容的缓存效用值。第一判断模块113,用于判断目标内容的缓存效用值是否小于预设阈值。第一发送模块114,用于如果缓存效用值小于预设阈值,则在目标内容中添加第一标识;第一标识用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。第二发送模块115,用于如果缓存效用值大于或等于预设阈值,则在目标内容中添加第二标识;第二标识用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图3所示的第二种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图3所示的第二种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述第三种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第三种基于边缘计算的协调缓存装置。图12为本发明实施例提供的第三种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于云端网络层,该装置包括:
第三接收模块121,用于接收第二用户请求,第二用户请求为协调节点转发的用户请求,第二用户请求用于获取目标内容,且第二用户请求中携带有目标内容的标识信息。第二计算模块122,用于计算目标内容的标识信息所对应的哈希HASH值,并在DHT中查找与HASH值对应的云端网络节点。第二判断模块123,用于当查找到HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存目标内容。第三发送模块124,用于如果在该云端网络节点中缓存有目标内容,则将针对第二用户请求的响应报文发送至协调节点。第四发送模块125,用于如果在该云端网络节点中未缓存目标内容,则将第二用户请求转发至源服务器,以使源服务器根据第二用户请求返回响应报文。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图4所示的第三种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图4所示的第三种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述第四种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第四种基于边缘计算的协调缓存装置。图13为本发明实施例提供的第四种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于云端网络层,该装置包括:
第四接收模块131,用于接收响应报文。第三计算模块132,用于计算响应报文中的目标内容的HASH值。第一缓存模块133,用于基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将响应报文转发至协调节点。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图5所示的第四种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图5所示的第四种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述第五种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第五种基于边缘计算的协调缓存装置。图14为本发明实施例提供的第五种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于边缘网络层,该装置包括:
第五接收模块141,用于获取第三用户请求,第三用户请求为请求节点发送的用户请求,第三用户请求用于获取目标内容。第三判断模块142,用于判断各边缘网络节点中是否缓存有目标内容。第五发送模块143,用于如果边缘网络节点中缓存有目标内容,则将目标内容发送至请求节点。第六发送模块144,用于如果边缘网络节点中均未缓存目标内容,则将第三用户请求转发至协调节点,以使协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标识。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图6所示的第五种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图6所示的第五种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述第六种基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了第六种基于边缘计算的协调缓存装置。图15为本发明实施例提供的第六种基于边缘计算的协调缓存装置结构示意图,应用于边缘网络层,该装置包括:
第六接收模块151,用于接收协调节点发送的包含添加第二标识后的目标内容的响应报文。第四计算模块152,用于计算缓存概率。第二缓存模块153,用于基于缓存概率,对目标内容进行缓存,并将目标内容发送至请求节点。
需要说明的是,本发明实施例的装置是与图7所示的第六种基于边缘计算的协调缓存方法对应的装置,图7所示的第六种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
与前述基于边缘计算的协调缓存方法相对应,在本发明实施的又一方面,还提供了一种基于边缘计算的协调缓存***。该***包括:源服务器,云端网络节点,协调节点以及边缘网络节点,源服务器与云端网络节点直接通信,协调节点分别与云端网络节点和边缘网络节点通信连接;
边缘网络节点用于:接收请求节点发送的用于获取目标内容的第三用户请求;判断各边缘网络节点中是否缓存有目标内容;如果边缘网络节点中缓存有目标内容,则将目标内容发送至请求节点;如果边缘网络节点中均未缓存目标内容,则将第三用户请求转发至协调节点,以使协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标识;或者,接收协调节点发送的包含添加第二标识后的目标内容的响应报文;计算缓存概率;基于缓存概率,对目标内容进行缓存,并将目标内容发送至请求节点;
协调节点用于:接收边缘网络节点转发的用于获取目标内容的第一用户请求;查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与目标内容对应的标记;如果ECT中记录有与目标内容对应的标记,则利用ECT中记录的路由信息,将第一用户请求转发至缓存有目标内容的边缘网络节点;如果ECT中未记录有与目标内容对应的标记,则将第一用户请求转发至距离协调节点最近的云端网络节点,以使云端网络节点处理第一用户请求;或者,接收由云端网络节点转发的包含目标内容的响应报文;通过第一预设公式,计算目标内容的缓存效用值;如果缓存效用值小于预设阈值,则在目标内容中添加第一标识;第一标识用于标示目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点;如果缓存效用值大于或等于预设阈值,则在目标内容中添加第二标识;第二标识用于标示目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至边缘网络节点;
云端网络节点用于:接收协调节点转发的携带有目标内容的标识信息的第二用户请求,计算目标内容的标识信息所对应的HASH值,并在分布式哈希表DHT中查找与HASH值对应的云端网络节点;当查找到HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存目标内容;如果在该云端网络节点中缓存有目标内容,则将针对第二用户请求的响应报文发送至协调节点;如果在该云端网络节点中未缓存目标内容,则将第二用户请求转发至源服务器,以使源服务器根据第二用户请求返回响应报文;或者,接收响应报文;计算响应报文中的目标内容的HASH值;基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将响应报文转发至协调节点;
源服务器用于:针对云端网络节点所转发的用户请求,返回响应报文。
示例性地,本发明实施例中,云端网络节点可以是云端路由器,协调节点可以是服务器,边缘网络节点可以是边缘路由器,具体的,本领域技术人员可根据实际需求对云端网络节点,协调节点和边缘网络节点进行设置,本发明实施例在此不作限制。
本发明实施例的协调缓存***,云端网络节点由于能够基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,因此目标内容对应一个云端网络节点进行缓存,不需要在其他的云端网络节点中重复缓存,协调节点能够控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存,而不是对所有的目标内容都进行缓存,且基于所计算的缓存概率对目标内容进行缓存,而不是接收到响应报文之后在传输路径上所有的边缘网络节点中都对目标内容进行缓存,减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源,进一步可以使得在用户请求内容时快速的获取该内容,提高缓存命中率。
本发明实施例还提供了一种电子设备,如图16所示,包括处理器161、通信接口162、存储器163和通信总线164,其中,处理器161,通信接口162,存储器163通过通信总线164完成相互间的通信,存储器163,用于存放计算机程序;处理器161,用于执行存储器163上所存放的程序时,实现本发明实施例所提供的应用于信息中心网络中的协调节点的一种基于边缘计算的协调缓存方法。
本发明实施例提供的一种电子设备,由于能够通过协调节点控制边缘网络节点对需要缓存的目标内容进行缓存,而不是对所有的目标内容都进行缓存,因此,本发明实施例可以减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源。
本发明实施例还提供了另一种电子设备,如图17所示,包括处理器171、通信接口172、存储器173和通信总线174,其中,处理器171,通信接口172,存储器183通过通信总线174完成相互间的通信,存储器173,用于存放计算机程序;处理器171,用于执行存储器173上所存放的程序时,实现本发明实施例所提供的应用于信息中心网络中的云端网络节点的一种基于边缘计算的协调缓存方法。
本发明实施例提供的另一种电子设备,由于能够基于得到的目标内容的HASH值,将目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,因此目标内容对应一个云端网络节点进行缓存,不需要在其他的云端网络节点中重复缓存,减少内容缓存的冗余,同时减少空间的占用,节省网络资源。
本发明实施例还提供了另一种电子设备,如图18所示,包括处理器181、通信接口182、存储器183和通信总线184,其中,处理器181,通信接口182,存储器183通过通信总线184完成相互间的通信,存储器183,用于存放计算机程序;处理器181,用于执行存储器183上所存放的程序时,实现本发明实施例所提供的应用于信息中心网络中的边缘网络节点的一种基于边缘计算的协调缓存方法。
本发明实施例提供的另一种电子设备,由于是基于所计算的缓存概率对目标内容进行缓存,而不是接收到响应报文之后在传输路径上所有的边缘网络节点中都对目标内容进行缓存,减少内容缓存的冗余程度,同时减少缓存空间占用,从而节省网络资源,进一步可以使得在用户请求内容时快速的获取该内容,提高缓存命中率。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect,简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture,简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。存储器可以包括随机存取存储器(RandomAccess Memory,简称RAM),也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。可选的,存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。上述的处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing,简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述实施例中任一所述的应用于信息中心网络中的协调节点、云端网络节点、或源服务器的一种基于边缘计算的协调缓存方法,以获取相同的技术效果。
需要说明的是,本发明实施例的装置、***、电子设备及存储介质分别是应用上述一种基于边缘计算的协调缓存方法的装置、电子设备及存储介质,则上述一种基于边缘计算的协调缓存方法的所有实施例均适用于该装置、***、电子设备及存储介质,且均能达到相同或相似的有益效果。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置/***电子设备/存储介质实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于边缘计算的协调缓存方法,其特征在于,应用于信息中心网络中的协调节点,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,一个所述协调节点管理多个所述边缘网络节点,所述方法包括:
接收第一用户请求,所述第一用户请求为所述边缘网络节点转发的用户请求,所述第一用户请求用于获取目标内容;
查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标记;
如果所述ECT中记录有与所述目标内容对应的标记,则利用所述ECT中记录的路由信息,将所述第一用户请求转发至缓存有所述目标内容的边缘网络节点;
如果所述ECT中未记录有与所述目标内容对应的标记,则将所述第一用户请求转发至距离所述协调节点最近的云端网络节点,以使所述云端网络节点处理所述第一用户请求;
接收由所述云端网络节点转发的响应报文,所述响应报文包含所述目标内容;
通过第一预设公式,计算所述目标内容的缓存效用值;
如果所述缓存效用值小于预设阈值,则在所述目标内容中添加第一标识;所述第一标识用于标示所述目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;
针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;
如果所述缓存效用值大于或等于预设阈值,则在所述目标内容中添加第二标识;所述第二标识用于标示所述目标内容需要在边缘网络节点中缓存;
针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;
其中,所述第一预设公式表示为:
式中,CU(i)表示目标内容i的缓存效用值,P(i)表示目标内容i的流行度,Size(i)表示目标内容i占用的存储空间,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比;其中,所述目标内容的流行度用于表示所述目标内容被请求的频繁程度;所述目标内容缓存的网络收益比用于表示所述目标内容在边缘网络节点缓存节约的时间百分比。
2.一种基于边缘计算的协调缓存方法,其特征在于,应用于信息中心网络中的边缘网络节点,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,一个所述协调节点管理多个所述边缘网络节点,所述方法包括:
接收第三用户请求,所述第三用户请求为请求节点发送的用户请求,所述第三用户请求用于获取目标内容;
判断各边缘网络节点中是否缓存有所述目标内容;
如果所述边缘网络节点中缓存有所述目标内容,则将所述目标内容发送至所述请求节点;
如果所述边缘网络节点中均未缓存所述目标内容,则将所述第三用户请求转发至所述协调节点,以使所述协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标识;
接收所述协调节点发送的包含添加第二标识后的所述目标内容的响应报文;
计算缓存概率;
基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,并将所述目标内容发送至所述请求节点;
其中,所述计算缓存概率的步骤,包括:
通过第二预设公式计算缓存概率,所述第二预设公式表示为:
式中,pp(r)表示边缘网络节点r的缓存概率,R表示请求节点到协调节点之间的中间节点的数量,DrS表示边缘网络节点r与协调节点的距离;
所述基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存的步骤,包括:
将所述缓存概率输入预设的缓存模块,得到是否对所述目标内容缓存的输出;
根据所述输出对所述目标内容进行缓存。
3.一种基于边缘计算的协调缓存装置,其特征在于,应用于信息中心网络中的协调层,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,一个所述协调节点管理多个所述边缘网络节点,所述装置包括:
第一接收模块,用于接收第一用户请求,所述第一用户请求为所述边缘网络节点转发的用户请求,所述第一用户请求用于获取目标内容;
查询模块,用于查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标记;如果所述ECT中记录有与所述目标内容对应的标记,则利用所述ECT中记录的路由信息,将所述第一用户请求转发至缓存有所述目标内容的边缘网络节点;如果所述ECT中未记录有与所述目标内容对应的标记,则将所述第一用户请求转发至距离所述协调节点最近的云端网络节点,以使所述云端网络节点处理所述第一用户请求;
第二接收模块,用于接收由所述云端网络节点转发的响应报文,所述响应报文包含所述目标内容;
第一计算模块,用于通过第一预设公式,计算所述目标内容的缓存效用值;
第一判断模块,用于判断所述目标内容的缓存效用值是否小于预设阈值;
第一发送模块,用于如果所述缓存效用值小于预设阈值,则在所述目标内容中添加第一标识;所述第一标识用于标示所述目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;
第二发送模块,用于如果所述缓存效用值大于或等于预设阈值,则在所述目标内容中添加第二标识;所述第二标识用于标示所述目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;
其中,所述第一预设公式表示为:
式中,CU(i)表示目标内容i的缓存效用值,P(i)表示目标内容i的流行度,Size(i)表示目标内容i占用的存储空间,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比;其中,所述目标内容的流行度用于表示所述目标内容被请求的频繁程度;所述目标内容缓存的网络收益比用于表示所述目标内容在边缘网络节点缓存节约的时间百分比。
4.一种基于边缘计算的协调缓存装置,其特征在于,应用于信息中心网络中的边缘网络层,所述信息中心网络包括:源服务器,云端网络层,协调层,及边缘网络层,所述云端网络层包含若干云端网络节点,所述协调层包含若干协调节点,所述边缘网络层包含若干边缘网络节点,所述协调层分别与所述云端网络层和所述边缘网络层通信连接,一个所述协调节点管理多个所述边缘网络节点,所述装置包括:
第五接收模块,用于获取第三用户请求,所述第三用户请求为请求节点发送的用户请求,所述第三用户请求用于获取目标内容;
第三判断模块,用于判断各边缘网络节点中是否缓存有所述目标内容;
第五发送模块,用于如果所述边缘网络节点中缓存有所述目标内容,则将所述目标内容发送至所述请求节点;
第六发送模块,用于如果所述边缘网络节点中均未缓存所述目标内容,则将所述第三用户请求转发至所述协调节点,以使所述协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标识;
第六接收模块,用于接收所述协调节点发送的包含添加第二标识后的所述目标内容的响应报文;
第四计算模块,用于计算缓存概率;
第二缓存模块,用于基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,并将所述目标内容发送至所述请求节点;
其中,所述计算缓存概率的步骤,包括:
通过第二预设公式计算缓存概率,所述第二预设公式表示为:
式中,pp(r)表示边缘网络节点r的缓存概率,R表示请求节点到协调节点之间的中间节点的数量,Drs表示边缘网络节点r与协调节点的距离;
所述基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,包括:
将所述缓存概率输入预设的缓存模块,得到是否对所述目标内容缓存的输出;
根据所述输出对所述目标内容进行缓存。
5.一种基于边缘计算的协调缓存***,其特征在于,包括:源服务器,云端网络节点,协调节点以及边缘网络节点,所述源服务器与所述云端网络节点直接通信,所述协调节点分别与所述云端网络节点和所述边缘网络节点通信连接,一个所述协调节点管理多个所述边缘网络节点;
所述边缘网络节点用于:接收请求节点发送的用于获取目标内容的第三用户请求;判断各边缘网络节点中是否缓存有所述目标内容;如果所述边缘网络节点中缓存有所述目标内容,则将所述目标内容发送至所述请求节点;如果所述边缘网络节点中均未缓存所述目标内容,则将所述第三用户请求转发至所述协调节点,以使所述协调节点查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标识;
所述边缘网络节点还用于:接收所述协调节点发送的包含添加第二标识后的所述目标内容的响应报文;计算缓存概率;基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存,并将所述目标内容发送至所述请求节点;
所述协调节点用于:接收所述边缘网络节点转发的用于获取目标内容的第一用户请求;查询边缘内容放置信息表ECT中是否记录有与所述目标内容对应的标记;如果所述ECT中记录有与所述目标内容对应的标记,则利用所述ECT中记录的路由信息,将所述第一用户请求转发至缓存有所述目标内容的边缘网络节点;如果所述ECT中未记录有与所述目标内容对应的标记,则将所述第一用户请求转发至距离所述协调节点最近的云端网络节点,以使所述云端网络节点处理所述第一用户请求;
所述协调节点还用于:接收由所述云端网络节点转发的包含所述目标内容的响应报文;通过第一预设公式,计算所述目标内容的缓存效用值;如果所述缓存效用值小于预设阈值,则在所述目标内容中添加第一标识;所述第一标识用于标示所述目标内容不需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第一标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;如果所述缓存效用值大于或等于预设阈值,则在所述目标内容中添加第二标识;所述第二标识用于标示所述目标内容需要在边缘网络节点中缓存;针对添加第二标识后的目标内容,将包含该目标内容的响应报文发送至所述边缘网络节点;
所述云端网络节点用于:接收所述协调节点转发的携带有目标内容的标识信息的第二用户请求,计算所述目标内容的标识信息所对应的哈希HASH值,并在分布式哈希表DHT中查找与所述HASH值对应的云端网络节点;当查找到所述HASH值对应的云端网络节点时,判断该云端网络节点中是否已缓存所述目标内容;如果在该云端网络节点中缓存有所述目标内容,则将针对所述第二用户请求的响应报文发送至所述协调节点;如果在该云端网络节点中未缓存所述目标内容,则将所述第二用户请求转发至源服务器,以使所述源服务器根据所述第二用户请求返回响应报文;
所述云端网络节点还用于:接收所述响应报文;计算所述响应报文中的目标内容的HASH值;基于得到的所述目标内容的HASH值,将所述目标内容缓存至与该HASH值对应的云端网络节点,并将所述响应报文转发至协调节点;
所述源服务器用于:针对所述云端网络节点所转发的用户请求,返回响应报文;
其中,所述第一预设公式表示为:
式中,CU(i)表示目标内容i的缓存效用值,P(i)表示目标内容i的流行度,Size(i)表示目标内容i占用的存储空间,CR(i)表示目标内容i缓存的网络收益比;其中,所述目标内容的流行度用于表示所述目标内容被请求的频繁程度;所述目标内容缓存的网络收益比用于表示所述目标内容在边缘网络节点缓存节约的时间百分比;
所述边缘网络节点计算缓存概率的步骤,包括:
通过第二预设公式计算缓存概率,所述第二预设公式表示为:
式中,pp(r)表示边缘网络节点r的缓存概率,R表示请求节点到协调节点之间的中间节点的数量,DrS表示边缘网络节点r与协调节点的距离;
所述边缘网络节点基于所述缓存概率,对所述目标内容进行缓存的步骤,包括:
将所述缓存概率输入预设的缓存模块,得到是否对所述目标内容缓存的输出;
根据所述输出对所述目标内容进行缓存。
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