一種基于歷史記錄的信息中心網絡的多徑轉發(fā)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于歷史記錄的信息中心網絡的多徑轉發(fā)方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]基于TCIP/IP架構的互聯(lián)網經歷了幾十年的發(fā)展，在不斷適應上、下層出現(xiàn)的新技術的同時顯得比較穩(wěn)定。然而，各種新型應用的出現(xiàn)反過來又驅動著互聯(lián)網朝著以信息為中心的方向發(fā)展，并暗示著一個基于信息交付、緩存和實時處理的新的通信模型，比如區(qū)分網絡服務、云計算、社交網絡等?，F(xiàn)有的內容交付解決方案大多是在IP協(xié)議之上進行覆蓋，比如現(xiàn)有的CDNs結構，然而它由于在服務保證、資源利用上的低效性而飽受爭論。然而，和現(xiàn)有的點到點通信不同，學術界提出了了一系列的信息中心網絡(Informat1n CentricNetWOrk，ICN)架構，盡管它們在命名的方式、數(shù)據(jù)塊大小的分配等方面不盡相同，但是他們都支持基于名字的網絡層協(xié)議。ICN架構提倡基于名字的通信，由用戶端驅動、基于名字的路由實現(xiàn)，以單徑或者多徑的方式進行轉發(fā)。當然它也支持泛在的網絡緩存。
[0003]多徑轉發(fā)技術可以調整對各個鏈路的負載情況，提高緩存的利用率，同時還可以有效的減小鏈路失效、網絡擁堵帶來的影響。ICN架構中的多徑技術比TCP/IP的多徑更具挑戰(zhàn)性。首先，TCP/IP是一個面向連接的擁塞控制方法，在預先計算好的靜態(tài)路徑上由源端執(zhí)行擁塞控制算法;然而，在ICN中，除了客戶端，中間節(jié)點也可以實時的對轉發(fā)進行決策。其次，由于ICN中每個節(jié)點都有緩存，客戶端發(fā)出的興趣包既可以在源端得到滿足，也可以在中間的緩存節(jié)點得到滿足，這樣在客戶端來看網絡的往返時延就具有比較大的波動區(qū)間，會導致窗口的頻繁變動以及不必要的數(shù)據(jù)重傳。最后，由于網絡的節(jié)點有緩存功能，對于轉發(fā)的數(shù)據(jù)包會進行相應的存儲策略，在ICN中，請求的多徑轉發(fā)會影響網絡緩存的效率，比如同一個請求，沿著某一路徑可能在中間節(jié)點就得到了滿足，而沿著另外的路徑可能得到遠端獲取，相比之下，后者的緩存替換的更為頻繁，導致網絡的冗余度也更高。
[0004]傳統(tǒng)的多徑轉發(fā)方案中比較典型的是隨機轉發(fā)方法，我們稱之為Random。具體來說，如圖1所示，假設一個ICN節(jié)點Rl有三個可選的下一跳節(jié)點{R2，R3，R4}，并且都能到達服務器，對應的出口為{fl，f 2，f 3}。當Rl收到一個名字前綴為“/a”的請求，按照random策略，Rl會從三個可達內容7a”服務器的出口中隨機的選出一個出口，如果選出的是出口 f 3，則將請求從f 3 口轉發(fā)出去。
[0005]Carof igl1等提出了一個結合ICN特點的擁塞控制算法，我們稱之為f ib-weight方法。在此方法中，ICN節(jié)點給FIB的每個前綴出口添加一個權重W，當需要轉發(fā)一個興趣包時，ICN節(jié)點根據(jù)FIB中可選出口的權重進行帶權重的隨機選擇，然后將興趣包轉發(fā)出去。
[0006]出口的權重w與ICN節(jié)點平均每個端口的待定興趣包數(shù)目有關(待定興趣包為由該節(jié)點轉發(fā)，但還未收到與所述興趣包對應的數(shù)據(jù)包的興趣包)，假設ICN節(jié)點每個端口的平均待定興趣包數(shù)目為avg_PI，當收到一個數(shù)據(jù)包或者一個興趣包時，平均待定興趣包數(shù)目進行更行，相應的權重也進行更新，
[0007]avg_PI(face,prefix)=α.avg_PI+(l-a).!(face,prefix),
[0008]w(face,prefix) = I/avg_PI(face,prefix),
[0009]其中，α是一個系數(shù)，I(face ,prefix)是一段時間內ICN節(jié)點的接口 face收到的前綴為Pr ef i X的興趣包的數(shù)目，avg_P I是ICN節(jié)點各個接口平均的待定請求興趣包的數(shù)目，總的待定興趣包的數(shù)目，也就是對每個前綴的入口記錄中接口數(shù)目的總和可以從ICN節(jié)點的PIT中獲得，avg_PI (face ,prefix)是ICN節(jié)點更新后的接口 face的前綴為prefix的興趣包數(shù)目，w(face,prefix)是ICN節(jié)點的接口face對于前綴為prefix的權重值。
[0010]如此，某個出口平均請求數(shù)目越大，意味著在未來一段時間內，從該出口返回的數(shù)據(jù)包的數(shù)目也越多，簡單來講，該出口將會比較繁忙，發(fā)生擁堵的可能性也較大，而出口的權重與平均待定請求的數(shù)目成反比，那么該出口的權重就會比較小。
[0011 ]參照圖2，假設一個ICN節(jié)點的前綴為“/a”可選的三個出口 {fl，f2，f3}的權重分別為{wl，w2，w3}，則轉發(fā)前綴“/a”的興趣包請求時，就會根據(jù)各個出口的權重進行帶權重的隨機選擇算法，權重大的選中的概率也大，權重小的選中的概率也比較小。因此就避免了選擇未來一段時間內將會比較繁忙的的出口，也就做到了負載的均衡，避免了網絡可能的擁塞。
[0012]上述Random策略和Fib-weight策略存在如下缺點:
[0013]Random策略比較通用，實現(xiàn)起來也比較簡單，能在一定程度上進行負載的均衡，避免網絡的擁塞，但是該策略是多條路徑上的隨即轉發(fā)，并沒有考慮ICN自身的特點，沒有對網絡將來可能的狀態(tài)進行預測，容易導致各條鏈路的負載不均衡而且無法進行改善。
[0014]Fib-weight策略將與每個出口關聯(lián)的待定興趣包數(shù)目作為一個考慮因素，待定興趣包數(shù)目越大，在未來一段時間內返回的數(shù)據(jù)包也將越多，這也是結合了ICN中數(shù)據(jù)包回傳路徑與興趣包轉發(fā)路徑相反的特點，然而在多徑轉發(fā)中，該策略也僅僅是進行轉發(fā)，沒有考慮網絡的緩存情況，或者無法感知鄰居緩存的情況，比如圖2中，如果Rl此時要轉發(fā)一個前綴為7a”的請求，而根據(jù)權重選擇的出口為f2，但是R2由于之前歷史的請求緩存的有前綴為“/a”對應的內容，而R3中沒有，如此R3只能再根據(jù)自己的轉發(fā)策略繼續(xù)向服務器轉發(fā)，而無法利用R2上的緩存。這樣也就降低了網絡資源的利用率，也降低了用戶體驗。

【發(fā)明內容】

[0015]本發(fā)明提供一種基于歷史記錄的信息中心網絡的多徑轉發(fā)方法及系統(tǒng)，可以通過預判鄰居節(jié)點緩存的內容來指導后續(xù)的轉發(fā)請求(即興趣包)，使得緩存利用率得到提高，同時均衡鏈路負載，減小了網絡的擁堵。
[0016]第一方面，本發(fā)明提供一種基于歷史記錄的信息中心網絡的多徑轉發(fā)方法，ICN架構中包括多個節(jié)點，所述方法包括:
[0017]所述ICN架構中的第一ICN節(jié)點接收第二 ICN節(jié)點發(fā)送的興趣包，所述興趣包中包括所述興趣包的名稱；
[0018]判斷預設的PIT表中是否有所述興趣包的名稱;所述PIT表中包括多條PIT記錄，每條PIT記錄中包括:待定興趣包的名稱、與所述名稱對應的待定興趣包的接收端口列表和該條PIT記錄的生存時間，所述待定興趣包為所述第一 ICN節(jié)點已經轉發(fā)但還未收到與所述興趣包對應的數(shù)據(jù)包的興趣包；
[0019]若沒有，則判斷預設的歷史記錄表中是否有所述興趣包的名稱;所述預設的歷史記錄表中包括多條歷史記錄，其中每條歷史記錄包括:所述第一 ICN節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包的名稱、所述數(shù)據(jù)包的接收端口、所述數(shù)據(jù)包的接收時間和該條記錄的生存時間；
[0020]若有，則將所述興趣包從目的端口轉發(fā)給第三ICN節(jié)點，并用所述興趣包的名稱和接收到所述興趣包的接收端口更新所述預設的PIT表;所述目的端口為所述預設的歷史記錄表中存儲的與所述興趣包的名稱對應的接收端口。
[0021]進一步地，判斷預設的歷史記錄表中是否有所述興趣包的名稱之后，所述方法還包括:
[0022]若沒有，則判斷預設的FIB表中是否有與所述興趣包的名稱匹配的名稱前綴;所述FIB表中包括多條FIB記錄，其中每條FIB記錄中包括:名稱前綴、與所述名稱前綴對應的端口，以及所述端口的權重值信息；
[0023]若有，則根據(jù)所述名稱前綴所屬的FIB記錄中各端口的權重值信息，將所述興趣包轉發(fā)給第三ICN節(jié)點，并將所述興趣包的名稱和接收到所述興趣包的接收端口存儲到所述PIT表中。
[0024]進一步地，判斷預設的PIT表中是否有所述興趣包的名稱之后，所述方法還包括:
[0025]若有，則用所述興趣包的接收端口更新所述PIT表中所述興趣包的名稱對應的接收端口列表。
[0026]進一步地，所述ICN架構中的第一ICN節(jié)點接收第二 ICN節(jié)點發(fā)送的興趣包之前，所述方法還包括:
[0027]創(chuàng)建歷史記錄表，所述歷史記錄表中包括多條歷史記錄，其中每條歷史記錄包括:ICN節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包的名稱、所述數(shù)據(jù)包的接收端口、所述數(shù)據(jù)包的接收時間和該條記錄的生存時間。
[0028]進一步地，將所述興趣包從目的端口轉發(fā)給第三ICN節(jié)點之后，所述方法還包括:
[0029]接收數(shù)據(jù)包;所述數(shù)據(jù)包中包括所述數(shù)據(jù)包的名稱；
[0030]根據(jù)所述數(shù)據(jù)包的名稱判斷所述預設的PIT