网络缓存性能优化的研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

以信息为中心的网络（ICN）是一个吸引人的体系结构，它的友好结构引起了研究界的极大兴趣。一些项目提出了创新的ICN模型来应对互联网的实践，互联网的实践从以主机为中心转变为以接收者为主导的通信。这些新颖模型中值得一提的组件是网络内缓存，它为数据分发的快速增长提供了灵活性和普遍性。由于Internet流量的快速增长，缓存器部署和内容缓存已被一致接受。[1][2]

ICN中默认的网络内缓存位置是“所有地方都缓存”（CEE）[3]，即每个路由器缓存所经过的每个数据包，从而导致缓存冗余和频繁替换缓存的操作。从而缓存的放置引起了人们对诸如减少缓存冗余和通过流行性评估减少缓存优先级之类的话题的兴趣。文献[4]其中的缓存方案不会区分内容项，从而导致不必要的缓存替换。在[13]的缓存方案中，节点的缓存决定由另一个节点根据该节点的受欢迎程度信息做出，这可能会生成不必要的重复项。。 SAC[5]会导致网络缓存资源浪费，因为在上层缓存的较不受欢迎的内容会被后续请求反复拉低并推回。除了普及之外，MAGIC[6]和OPPORTUNISTIC[7]还考虑减少跳数，而CC-CCN则将路由路由器上的缓存空间竞争考虑在内，但它们都没有一起考虑这三个因素。

此外，有关缓存放置的现有工作可以在不考虑缓存替换代价的情况下,并使用ICN中最流行的两种缓存替换策略之一（最近最少使用） （LRU）和最少使用（LFU）做出缓存决策（MAGIC除外），这可能会导致缓存和替换操作异常。LRU认为在将来的一段时间内很有可能会重新请求最近使用的内容。 因此，将替换最长时间未访问的内容。 LFU计算缓存内容的命中频率，并用最近的命中次数最少的内容替换内容。最低收益（LB）通过考虑减少跃点增益来提高LFU。 LB定义为内容命中率和跳数减少的乘积，类似于我们对缓存增益的定义。

为了以有效的方式利用网络内缓存，至关重要的是使临时缓存的内容在其附近按缓存位置可见。 [8]，[9]中的工作提议积极地宣告路由系统中缓存内容的可达性，但是这是不切实际的，因为它在维持大量高易失性的动态状态方面给路由系统带来了很大的负担。相反，面包屑[10]通过存储项目转发的最新方向和时间，对缓存位置采用隐式尽力而为的方法。 但是，面包屑与CEE的缓存位置配合使用，并在每个途中路由器为每个交付的内容创建面包屑。

研究者为了实现内容资源和节点缓存资源的合理配置，部分研究采用结合节点数据和内容数据的方法，在节点和内容状态相互感知的情况下进行节点和内容的匹配。对内容状态的度量主要是使用流行度，对于节点的节点状态的描述也不同。部分研究将缓存容量作为研究节点状态的主要参考因素，部分研究将缓存节点与源节点之间的跳数作为主要特性，MAGIC算法则考虑的是跳数的减少率，OPP算法利用ICN架构的命名数据路由方案，并机会性地“多播”对原始服务器和D-FIB条目指向的方向的兴趣，部分研究考虑节点在拓扑结构中的位置，部分考虑的则是节点的路径跳数和缓存容量，文献[11]中CPHR使用一致的哈希将内容名称映射到内容路由器，并将兴趣转发到路由器。 CPHR可以用离线缓存的内容来响应兴趣，但是它需要网络节点之间的显式协调，而在不同用户处忽略内容段的流行度可能会导致数据传输性能欠佳，文献[12]中提出的基于概念学习的缓存研究，则在节点数据和内容数据相互感知的基础上，通过对不同环境下概念的挖掘和学习，自适应地实现不同概念下的缓存匹配。

我们认为，缓存放置方案应综合考虑内容的普及程度，跳数减少的收益，路由路由器上的缓存空间竞争以及替换代价[13]，并与缓存替换和定位相关联。 我们认为，保留更受欢迎且距离更远的数据块，以减少与路径路由器对缓存空间的争用和定位此类缓存的副本，将遍历更少的跃点并减少缓存操作，从而满足来自网络内缓存的更高比例的请求。这是我们PRL的基本思想，在我们的实验方案中，将PRL与其他几种算法对于网络缓存进行对比，得到了初步的支持仿真效果。

[1] I. U. Din, S. Hassan, M. K. Khan, M. Guizani, O. Ghazali and A. Habbal. Caching in Information-Centric Networking: Strategies, Challenges, and Future Research Directions[J]. IEEE Communications Surveys amp; Tutorials, 2017, 20(2): 1443-1474.

[2]H. Wu, J. Li, J. Zhi, Y. Ren and L. Li. Design and Evaluation of Probabilistic Caching in Information-Centric Networking[J]. IEEE Access, 2018(6): 32754-32768.

[3]Van Jacobson，Diana K. Smetters，James D. Thornton，Michael F. Plass，Nicholas H. Briggs，Rebecca L. Braynard. Networing named content[J]. Proceedings of the 5th international coference on Emerging networking experiments and technologies. 2009.1-12.