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              在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法.pdf

              摘要
              申請專利號:

              CN201410001516.8

              申請日:

              2014.01.02

              公開號:

              CN104767678A

              公開日:

              2015.07.08

              當前法律狀態:

              實審

              有效性:

              審中

              法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):H04L 12/701申請日:20140102|||公開
              IPC分類號: H04L12/701(2013.01)I 主分類號: H04L12/701
              申請人: 中國科學院聲學研究所
              發明人: 李唯源; 劉銀龍; 周旭; 趙志軍; 慈松
              地址: 100190北京市海淀區北四環西路21號
              優先權:
              專利代理機構: 北京法思騰知識產權代理有限公司11318 代理人: 楊小蓉; 楊林
              PDF完整版下載: PDF下載
              法律狀態
              申請(專利)號:

              CN201410001516.8

              授權公告號:

              |||

              法律狀態公告日:

              2015.08.05|||2015.07.08

              法律狀態類型:

              實質審查的生效|||公開

              摘要

              本發明涉及一種在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,包括:內容消費者檢查將要發出的興趣包的名稱,根據興趣包名稱中所包含的信息確定興趣包的內容;按照內容的屬性,根據內容在各區域分布概率的大小,向內容分布概率最大的區域發送興趣包;區域內的節點接收到興趣包后,檢查所接收到的興趣包的名稱,根據所述興趣包的名稱做匹配操作;內容消費者沒有得到響應,向較當前區域的內容分布概率次大的另一區域發送興趣包,然后重新執行上一步,直至興趣包發送成功或達到終止條件。

              權利要求書

              1.  一種在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,包括:
              步驟1)、內容消費者檢查將要發出的興趣包的名稱,根據所述興趣包名稱中所包含的信息確定興趣包的內容;其中,
              所述興趣包的名稱至少包括四個字段:真實世界身份、名稱、公鑰和屬性;其中的真實世界身份是興趣包內容的原始名稱,名稱由對興趣包內容本身做哈希得到,公鑰由對真實世界身份和名稱做哈希得到,屬性是對興趣包內容進行描述的一些關鍵詞;
              步驟2)、按照步驟1)所確定的內容的屬性,根據內容在各區域分布概率的大小,向內容分布概率最大的區域發送興趣包;
              步驟3)、區域內的節點接收到興趣包后,檢查所接收到的興趣包的名稱,根據所述興趣包的名稱做匹配操作,包括:
              步驟3-1)、將所述興趣包的名稱與CS中的內容進行匹配,如果CS中存在請求的內容,則直接將匹配的內容返回給發起請求的節點并丟棄已響應的興趣包,否則,執行步驟3-2);
              步驟3-2)、將所述興趣包的名稱在PIT表中各個項的名稱進行匹配,如果PIT表中存在響應條目,則在所述PIT響應條目中增加興趣包到達的接口并丟棄該已響應的興趣包,否則,執行步驟3-3);
              步驟3-3)、將所述興趣包的名稱在所述FIT表中進行匹配,如果存在匹配項,由除興趣包到達接口以外的所有匹配接口轉發興趣包,如果沒有匹配則丟棄該興趣包,然后執行步驟4);
              步驟4)、內容消費者沒有得到響應,向較當前區域的內容分布概率次大的另一區域發送興趣包,然后重新執行步驟3),直至興趣包發送成功或達到終止條件。

              2.
                根據權利要求1所述的在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,其特征在于,在所述步驟1)中,根據興趣包名稱中的屬性字段確定興趣包的內容類型和格式,從而向特定區域發送興趣包。

              3.
                根據權利要求1所述的在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,其特征在于,所述真實世界身份字段采用分層結構,其大小為16字節。

              4.
                根據權利要求1所述的在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,其特征在于,所述屬性字段包括內容類型和內容格式兩部分,所述內容類型最多采用三個關鍵詞描述,所述內容格式采用一個關鍵詞描述。

              說明書

              在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法
              技術領域
              本發明涉及路由技術領域,特別涉及一種在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法。
              背景技術
              隨著互聯網的發展,內容檢索和信息獲取成為互聯網的主要趨勢,傳統TCP/IP網絡體系結構的IP地址語義過載問題所導致的移動性、擴展性和安全性等方面的缺陷逐漸暴露出來。針對這一問題,學術界普遍認為需要對下一代互聯網的命名和尋址體系結構進行重新設計。因此,許多未來互聯網研究機構提出了信息中心網絡(Information-Centric Networking,ICN)體系架構,也稱作基于內容的網絡或基于名稱的網絡,CCN(Content-Centric Networking)、DONA(Data-Oriented Network Architecture)、PSIRP(Publish/Subscribe Internet Paradigm)等方案都屬于這一范疇。這種架構是在網絡層將內容從主機分離,通過名稱(標識符)而不是存儲位置(主機IP地址)檢索內容對象,提高用戶內容獲取性能。
              在CCN中,有兩種包類型:興趣包(Interest packet)和數據包(Data packet)。每個包都包含一個內容名稱來標識用戶想要獲取的內容或該數據包負載的數據。包中沒有地址信息。CCN的路由器需要維護3個表:CS(content store)、PIT( pending interest table)、FIT(forwarding information table)。CCN的通信是由內容的接收方(即內容的消費者)驅動的。用戶想要獲取內容時,首先發出一個興趣包(包含所需內容的名稱),路由器接收到這個包后,首先在CS中查找是否有與當前名稱匹配的內容,如果有,則直接將匹配的數據包返回給發起請求的節點;如果沒有,路由器會在PIT中記錄下當前名稱對應的興趣包是從哪個接口進入的。同時路由器在FIT中查找與當前名稱匹配的記錄,以確定從哪些接口把這個興趣包發出去。當某個節點擁有與名稱匹配的內容時,它就發回一個數據包。這個包會沿著剛才興趣包經過的路徑返回。當路由器接收到一個數據包時,它會根據這個包的名稱在PIT中查詢匹配的記錄,將這個包從所有匹配的接口發出。這樣,所有之前請求過相同數據的節點都可以得到所需的數據,PIT中匹配的記錄都將被刪除。另外,路由器會在CS中保存這個數據包的副本。上述過程所有涉及“查詢”/“匹配”的操作都是基于名稱的,與地址無關。由此可知,在CCN設計中,命名和路由方案非常重要。
              1、CCN網絡中內容命名研究現狀
              如果想要實現高效安全的內容獲取,那么命名方案需要支持以下特性:
              唯一性:對象標識符應該是全球唯一的,這樣才能夠標識對象。
              持久性:一旦為內容對象指定了對象標識符,只要底層的對象本身可以獲得而且沒有改變,那么它的標識符就一直是有效的,也就是說,即使對象的位置和管理域改變了,用戶仍想通過該名稱獲得內容對象。
              可信度:TCP/IP保證的是兩通信節點之間的路徑的安全,而ICN的設計保證了內容本身的安全。原始內容的擁有者或創造者對內容進行簽名,終端用戶和網絡單元(如ICN路由器)通過驗證該簽名來鑒定內容。在該面向內容的信任模型中,命名起兩方面的作用:用戶友好的人類可讀的名稱和相應的對象標識符的綁定,以及對象標識符和公鑰的綁定,因此需要保證這兩種綁定的真實性。
              可擴展性:互聯網上的內容數目巨大,位置頻繁變化。因此需要實現一定的聚合以降低路由狀態的數目和路由更新開銷。
              在現有技術中,CCN采用分層的命名方案,即類似URL的結構,并且是可以聚合的,有利于控制路由的規模,提高可擴展性,但由于僅是在用戶友好的名稱和相應的對象標識符之間進行綁定,在唯一性、持久性和安全性方面面臨挑戰。
              2、CCN網絡中內容路由研究現狀
              在現有技術中,CCN采用了無結構的路由,其路由公告主要通過洪泛進行,即內容消費者廣播興趣包,請求內容,監聽節點如果有該內容,則響應;數據包沿原路徑返回。這種路由機構類似于IP路由,因此與IP網絡的兼容性較高,也就意味著CCN將易于在當前的IP網絡基礎上進行部署。但隨著內容復制和移動的激增將導致聚合程度降低,通信開支將增大。
              發明內容
              本發明的目的在于克服現有技術中的CCN網絡的路由方法通信開支較大,不利于在大規模網絡上實現的缺陷,從而提供一種實用、適應、有效的路由方法。
              為了實現上述目的,本發明提供了一種在內容中心網絡中基于命名中內容屬性實現的路由方法,包括:
              步驟1)、內容消費者檢查將要發出的興趣包的名稱,根據所述興趣包名稱中所包含的信息確定興趣包的內容;其中,
              所述興趣包的名稱至少包括四個字段:真實世界身份、名稱、公鑰和屬性;其 中的真實世界身份是興趣包內容的原始名稱,名稱由對興趣包內容本身做哈希得到,公鑰由對真實世界身份和名稱做哈希得到,屬性是對興趣包內容進行描述的一些關鍵詞;
              步驟2)、按照步驟1)所確定的內容的屬性,根據內容在各區域分布概率的大小,向內容分布概率最大的區域發送興趣包;
              步驟3)、區域內的節點接收到興趣包后,檢查所接收到的興趣包的名稱,根據所述興趣包的名稱做匹配操作,包括:
              步驟3-1)、將所述興趣包的名稱與CS中的內容進行匹配,如果CS中存在請求的內容,則直接將匹配的內容返回給發起請求的節點并丟棄已響應的興趣包,否則,執行步驟3-2);
              步驟3-2)、將所述興趣包的名稱在PIT表中各個項的名稱進行匹配,如果PIT表中存在響應條目,則在所述PIT響應條目中增加興趣包到達的接口并丟棄該已響應的興趣包,否則,執行步驟3-3);
              步驟3-3)、將所述興趣包的名稱在所述FIT表中進行匹配,如果存在匹配項,由除興趣包到達接口以外的所有匹配接口轉發興趣包,如果沒有匹配則丟棄該興趣包,然后執行步驟4);
              步驟4)、內容消費者沒有得到響應,向較當前區域的內容分布概率次大的另一區域發送興趣包,然后重新執行步驟3),直至興趣包發送成功或達到終止條件。
              上述技術方案中,在所述步驟1)中,根據興趣包名稱中的屬性字段確定興趣包的內容類型和格式,從而向特定區域發送興趣包。
              上述技術方案中,所述真實世界身份字段采用分層結構,其大小為16字節。
              上述技術方案中,所述屬性字段包括內容類型和內容格式兩部分,所述內容類型最多采用三個關鍵詞描述,所述內容格式采用一個關鍵詞描述。
              本發明的優點在于:
              1、實用性。
              本發明能夠實現唯一性、持久性、可信任和可擴展性。對于某一內容,有且只有一個Name,因此本命名方案保證了名稱的唯一性。命名不涉及位置信息,因此內容可以位于任何地方,從而實現了持久性。PK用于驗證內容是否正確,保證了內容可信。使用RWI或Name進行登記和內容檢索,二者的綁定使得名稱具有分層特性,易于聚合,從而實現了可擴展性。將Name和PK綁定使得名稱具有扁平特性。Attribute的使用可以實現快速高效的路由,具有較高的實用性。
              2、適應性。
              本發明采用基于屬性的內容名稱取代了網絡前綴,采用無結構來維護路由表,因此對于IP路由協議和系統的修改將不會太大,易于在當前的IP網絡上進行部署。
              3、有效性。
              與目前的CCN路由方法相比,本發明采用的路由方法充分利用名稱的屬性,在進行內容請求時根據名稱的屬性向內容分布概率最大的區域發送,即特定的區域發送,而不需要采用廣播的方式,具有了指向性,從而降低了開銷,實現高效的內容查詢。
              附圖說明
              圖1是本發明的內容路由方法的流程圖;
              圖2是在現有的CCN中所采用的廣播方法中,內容消費者請求某一內容的示意圖;
              圖3是采用本發明的路由方法時,內容消費者請求某一內容的示意圖;
              圖4為現有技術與本發明方法在請求開銷上的對比圖;
              圖5為現有技術與本發明方法在請求時間上的對比圖。
              具體實施方式
              現結合附圖對本發明作進一步的描述。
              在對本發明的路由方法做詳細說明之前,首先對本發明的路由方法中如何對內容進行命名加以描述。
              在本發明中,內容對象的名稱由四部分組成,如表1所示,分別是:真實世界身份(Real-world Identity,簡稱RWI)、名稱(Name)、公鑰(Public Key,簡稱PK)和屬性(Attribute)。RWI是內容的原始名稱,Name由對內容本身做哈希得到,PK是由對RWI和Name的哈希得到,Attribute則是對內容進行描述的一些關鍵詞,如內容類型、內容格式等。
              表1

              RWINamePKAttribute

              RWI是內容的擁有者為內容起的名稱,具有人類可讀性,其結構與URL的結構相類似,采用分層結構,如用戶可能為自己的學習資料命名為:“高中/數學/立體幾何/期中考試試題”,在本發明中,規定RWI字段的大小為16字節。
              Name字段的大小為16字節,由于CCN采用塊級傳輸,因此Name字段是內容 塊的哈希值。
              PK字段的大小為8字節。
              Attribute字段包括內容類型和內容格式兩部分,其中內容類型最多可采用三個關鍵詞描述,如娛樂、體育、傳媒、財經、IT通信、文學出版、房地產、汽車、游戲動漫等,內容格式由一個關鍵詞描述,如音頻、視頻、圖片等,Attribute字段的大小為8字節,例如“體育/籃球/教練/圖片”。
              在上述內容命名方式的基礎上,下面對本發明的內容路由方法進行說明。
              由于人類的活動和運營商的管理等因素,互聯網上的內容的分布具有區域特性,也就是說,內容分布在某些區域的緩存節點上的可能性比其他區域的要大。例如,文化類內容分布在北京地區的緩存節點上的概率很大,財經類內容則分布在上海地區的概率較大;中國移動在廈門建立手機動漫基地,那么動漫類內容分布在廈門的概率很大。基于這一規律,參考圖1,本發明的內容路由方法包括:
              步驟1)、內容消費者檢查將要發出的興趣包的名稱,根據興趣包名稱中各個字段(特別是Attribute字段)所包含的信息確定興趣包的內容類型和格式;
              步驟2)、按照內容分布的概率大小,首先向內容分布概率最大的區域發送興趣包,而不需要采用廣播的方式;
              步驟3)、該區域的節點檢查所接收到的興趣包的名稱,根據所述興趣包的名稱做匹配操作,具體包括:
              步驟3-1)、首先將所述興趣包的名稱與CS中各個內容進行匹配,如果CS中存在請求的內容,則直接將匹配的內容返回給發起請求的節點,并丟棄已響應的興趣包,否則,執行步驟3-2);
              步驟3-2)、將所述興趣包的名稱在PIT表中進行匹配,如果PIT表中存在響應條目,則在所述PIT響應條目中增加該興趣包到達的接口并丟棄該已響應的興趣包,否則,執行步驟3-3);
              步驟3-3)、將所述興趣包的名稱在所述FIT表中進行匹配,如果存在匹配項,由除興趣包到達接口以外的所有匹配接口轉發興趣包,如果沒有匹配則丟棄該興趣包,然后執行步驟4)。
              由于執行上述操作的節點是內容分布概率最大的區域內的節點,因此最終沒有匹配的可能性很小。
              步驟4)、如果內容消費者沒有得到響應,那么再向內容分布概率次大的地區發送興趣包,然后重新執行步驟3),以此類推,直至興趣包發送成功,或經過一定發送次數或發送時間后報錯。
              例如,如果需要請求財經類內容,那么內容興趣包的名稱的Attribute部分包含“財經”字節,發送興趣包時,根據名稱屬性首先向“財經”內容分布概率最大的區域發送,比如上海地區,該區域的節點響應此興趣包的可能性很大。
              在一個實例中,假設有n個區域,內容在各個區域中的比例不同,有m個內容,第j個內容存儲在第i個區域中的概率為pij。將請求開銷C定義為:從路由器發送興趣包開始到有節點響應為止需要的請求數目。
              在現有的CCN中,由于其采用廣播的方式,因此內容消費者若想要請求某一內容,如圖2,需要的請求數目為區域數目,即C=n。
              假設j內容在各個區域的概率為p1j,p2j,p3j,...,pnj,不妨假設p1j≥p2j≥p3j≥...≥pnj,內容按照受歡迎程度的不同,假設服從冪律分布,即pij=αi-w,其中α和w都是大于0的常數。定義按照本發明的路由方法,參考圖3,首先向該內容概率最大的區域即區域1發送請求,響應的概率為q1j,如果沒有得到響應,則向第2個區域發送請求,以此類推,直至得到響應或向n個區域都發送了請求為止。
              上述過程的請求開銷如下:
              C=1×q1j+2(1-q1j)q2j+3(1-q1j)(1-q2j)q3j+...+n(1-q1j)(1-q2j)...(1-qn-1,j)
              圖4為現有技術與本發明方法在請求開銷上的對比圖。從圖4可以看出,采用本發明的方法后,請求開銷遠遠小于CCN的廣播方式。但這一優勢是以時間為代價的,即請求次數。CCN只需請求1次,而本發明的方法則可能不止一次。定義請求時間為t,在現有技術的CCN中,t=1,而在本發明的方法中,當第一次請求沒有得到響應時,需要發送第二次請求,以此類推,可知t=C,兩者的對比關系參見圖5所示。
              通過本發明和已有的CCN命名路由方案的比較,可以說明本發明提出的命名方案同時保證了名稱的唯一持久和安全可擴展。與洪泛式的廣播路由相比,所提路由方案能夠有效降低系統請求開銷。但是,所提方案在降低開銷的同時會增加一定的時延。
              最后所應說明的是,以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管 參照實施例對本發明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,都不脫離本發明技術方案的精神和范圍,其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。

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              內容 中心 網絡 基于 命名 屬性 實現 路由 方法
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