CN105373574A - 用于可重构一体化内容流的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一个实施例提供一种用于组合可重构内容流的系统。所述系统获得包括多个内容组成的内容集合并生成清单。所述清单中的表项对应于内容组成。所述系统获得流构造规则集合；通过将所述流构造规则集合附带到所述清单来生成流构造清单；并基于所述流构造规则构造流对象集合。相应的流对象可以包括内容组成的嵌入块。所述系统对流对象集合签名；以及通过包括之后跟随所述流对象集合的所述流构造清单来可重构内容流，从而使中间节点能够提取并存储一个或多个内容组成的嵌入块，并在稍后时间基于所述流构造清单和存储的组成重构所述一个或多个内容组成的流对象。

Description

用于可重构一体化内容流的系统和方法
技术领域
本申请一般涉及内容中心网络(CCN)。更具体地，本申请涉及在内容中心网络(CCN)中使用单个命名流来下载内容对象集合的系统和方法。
背景技术
互联网和电子商务的繁荣继续引发网络行业的革命性变化。当今，从在线观看电影到每日新闻发送、零售和即时消息的相当大量的信息交互是在线进行的。日益增长的互联网应用也变成移动的。然而，当前的互联网基于大型的基于位置的寻址方案工作。两个最普遍存在的协议即互联网协议(IP)和以太网协议都以终端主机地址为基础。即，内容的消费者可以只接收通过从通常与物理对象或位置关联的地址(例如IP地址或以太网介质访问控制(MAC)地址)显式请求内容的内容。此限制性的寻址方案越来越不足以满足不断变化的网络需求。
最近，行业中已经提出信息中心网络(ICN)架构，其中，内容是直接命名和寻址的。内容中心网络(CCN)是一种示例性ICN架构，它将新方法引入到内容传输。代替在应用等级以内容得以通过的端对端对话查看网络流量，内容是基于其唯一的名称请求或返回的，网络负责将内容从提供者路由到消费者。注意，内容包括可以在通信系统中传输的数据，包括任何形式的数据，诸如文本、图像、视频和/或音频。消费者和提供者可以是计算机处的个人或CCN内部或外部的自动化过程。一项内容可以指整个内容或内容的相应部分。例如，新闻文章可以由体现为数据包的多项内容表示。一项内容还可以与元数据关联，所述元数据描述或用诸如认证数据、创建日期、内容所有者等的信息加强该项内容。
在CCN中，名称扮演重要角色。更具体地，内容对象和兴趣是由其名称标识的，名称通常是分层结构的可变长度标识符(HSVLI)。兴趣和内容对象基于其名称在网络中流动。在下载命名内容(可以是文件库或网页)时，请求者通常需要发布兴趣消息的初始集合来获得库的目录或网页的标记文档。在网页情况下，一旦接收标记文档，请求者需要解析标记文档，然后开始下载由标记文档引用的嵌入式对象。这种过程通常需要超过一个往返时间(RTT)，因此给内容下载过程带来大量的延迟。这个问题类似于IP网络遇到的下载延迟问题。
在IP世界里，人们还不满足超文本传输协议(HTTP)的性能，原因是尽管在传输个别文件时非常高效，但HTTP不能有效地传输大量的小文件。然而，今天的网络目的地通常包括数十个或更多的嵌入式对象，诸如图像、级联样式表(CSS)文件和外部JavaScript文件的页面。加载所有这些个别文件占用时间，原因是单独请求这些文件并等待TCP(传输控制协议)会话以探测网络能力和上升到其传输速度的所有这些开销。例如，在使用HTTP通过TCP请求网站内容时，请求者通常必须等待三次TCP握手完成来发送GET请求，之后开始下载期望的HTTP和HTML标记文档。然后，在解析标记文档之后，请求者可以请求个别嵌入式对象。为了降低这些下载延迟，在IP设置时已经开发出某些“零往返时间”协议，诸如由Google开发的SPTYTM(加利福尼亚门洛帕克市Google公司的注册商标)。然而，在CCN设置中不存在这种解决方案。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于组合可重构内容流并通过网络传送可重构内容流的系统。操作中，所述系统获得包括多个内容组成的内容集合并生成内容集合的清单。所述清单中的表项对应于内容组成。所述系统获得流构造规则集合；通过将所述流构造规则集合附带到所述清单来生成流构造清单；并基于所述流构造规则集合构造内容集合的流对象集合。相应的流对象可以包括内容组成的嵌入块。所述系统还用加密方式对流对象集合签名；以及通过包括之后跟随所述流对象集合的所述流构造清单来组合可重构内容流，从而使网络中的中间节点能够提取并存储一个或多个内容组成的嵌入块，并在稍后时间基于所述流构造清单和存储的嵌入块重构所述一个或多个内容组成的流对象。
在此实施例的一个变形中，所述流构造规则集合包括以下的一个或多个：限定所述流对象集合的命名规范的规则；规定签名密钥的规则；以及规定在所述流构造清单中是否包括所述流对象集合的加密签名的规则。
在此实施例的一个变形中，相应内容组成包括跨越多个流对象的多个块，清单中的对应表项列出多个流对象中嵌入的多个块的散列值。
在又一个变形中，所述流构造清单还包括在所述流构造清单上生成的加密签名，从而使流对象的接收者能够基于所述加密签名认证所述流对象集合。
在此实施例的一个变形中，所述网络是内容中心网络，所述流对象是标准CCN内容对象。
本发明的一个实施例提供一种用于重构属于内容流的一个或多个流对象以用于下载内容集合的系统。操作中，所述系统从所述内容集合的提供者接收所述内容流的流对象的初始集合。所述流对象的初始集合包括流构造清单，其中，所述流构造清单包括流构造规则集合和与所述内容集合中的内容组成对应的表项集合。响应于确定所述内容集合中包括的内容组成存在于本地缓存中，所述系统基于所述流构造规则集合重构所述内容组成的一个或多个流对象；并将重构的一个或多个流对象插入到所述内容流中。
附图说明
图1图解说明根据本发明的实施例的网络的示例性架构。
图2呈现对传统清单的格式进行图解说明的图。
图3A呈现对网页中包括的各个组成进行图解说明的图。
图3B呈现对下载带嵌入式对象的网页的传统过程进行图解说明的图。
图4呈现对根据本发明的实施例的示例性一体化清单(all-in-onemanifest)的格式进行图解说明的图。
图5呈现对根据本发明的实施例的一体化流中的示例性内容对象的格式进行图解说明的图。
图6呈现对根据本发明的实施例使用一体化流下载内容集合的示例性过程的图。
图7呈现对根据本发明的实施例的示例性递归一体化流进行图解说明的图。
图8呈现对根据本发明的实施例带多段清单的示例性一体化流进行图解说明的图。
图9呈现对根据本发明的实施例构造可以用来下载内容集合的一体化流的过程进行图解说明的图。
图10呈现对根据本发明的实施例的示例性流构造清单进行图解说明的图。
图11呈现对根据本发明的实施例如何构造流内容对象进行图解说明的图。
图12呈现对根据本发明的实施例构造可重构一体化流的示例性过程进行图解说明的流程图。
图13呈现对根据本发明的实施例重构一体化流的示例性过程进行图解说明的流程图。
图14对根据本发明的实施例实现内容下载的可重构一体化流的示例性系统进行图解说明。
在图中，相同的附图标记指相同的附图元件。
具体实施方式
概述
本发明的实施例提供使用可重构一体化流(all-in-onestream)下载嵌入式对象(内容组成)的集合的系统和方法。可重构一体化流允许在其缓存中有嵌入式对象的转发者基于特殊清单(也称作流构造清单)中携带的信息从其缓存的嵌入式对象构造可重构内容对象的集合。流构造清单包括常规的一体化清单加上流构造规则、元数据和加密签名。这允许转发者跳过获得缓存的嵌入式对象的流封装的过程。此外，流构造清单可以用作安全目录，携带整个流的所有签名。
通常，CCN使用两种类型的消息：兴趣和内容对象。兴趣承载内容对象的分层结构的可变长度标识符(HSVLI)，也称作内容对象的“名称”或“CCN名称”，并用作对该对象的请求。如果网络元件(例如路由器)接收对相同名称的多个兴趣，则它可以聚合这些兴趣。在具有匹配的内容对象的兴趣的路径上的网络元件可以缓存并返回该对象，以满足兴趣。内容对象遵循相反的兴趣路径到达兴趣的(若干)原点。内容对象除其它信息外包含相同的HSVLI，对象的有效载荷，以及用来将HSVLI绑定到有效载荷的加密信息。
本申请中使用的词语通常定义如下(但其解释不限于此)：
“HSVLI：”分层结构的可变长度标识符，也称作“名称”。它是名称组件的排序列表，它可以是可变长度的八位字节字符串。以人可读的形式，HSVLI可以用诸如ccnx:/path/part的形式表示。同样，HSVLI可能不是人可读的。如上文提到的，HSVLI指内容，希望HSVLI能够表示内容的组织结构，并至少部分对人是有意义的。HSVLI的个别组成可以具有任意长度。而且，HSVLI可以具有显式界定的组成，可以包括任何字节序列，不局限于人可读的字符。最长前缀匹配查询在转发具有HSVLI的包时是重要的。例如，指示对“/parc/home/bob”的兴趣的HSVLI会与“/parc/home/bob/test.txt”和“/parc/home/bob/bar.txt”匹配。按照名称组件的数目，最长匹配被认为是最佳的，原因是它是最具体的。对HSVLI的详细描述可以在发明人VanL.Jacobson和JamesD.Thornton于2009年9月23日申请的名称为“SYSTEMFORFORWARDINGAPACKETWITHAHIERARCHICHALLYSTRUCTUREDVARIABLE-LENGTHIDENTIFIER”、律师案号为PARC-20090115Q的美国专利号8,160,069中找到。
“兴趣(Interest)”：对内容对象的请求。兴趣规定HSVLI名称前缀和可以用来在具有相同名称前缀的多个对象中选择的其它可选的选择器。其名称与兴趣的名称前缀(并且可选的其它请求的参数，诸如发布者密钥-ID匹配)匹配的任何内容对象满足兴趣。
“内容对象(ContentObject)”：响应于兴趣发送的数据对象。它具有HSVLI名称和通过加密签名绑定在一起的内容有效载荷。可选地，所有的内容对象都具有由内容对象的SHA-256摘要组成的隐式终端名称组成。在一个实施例中，隐式摘要不在线上传输，但需要时在每一跳上计算。注意，内容对象与内容组成是不同的。内容对象具有根据CCN协议特别定义的结构，其大小通常是网络包的大小(对于广域网大约1500字节，对于局域网8000字字，具有碎片)，而内容组成是用来指任何类型的文件的通用词语，它可以是网页的嵌入式对象。例如，网页可以包括许多个嵌入式对象，诸如图像、视频文件或交互式组件。每个嵌入式对象是一个内容组成，可以跨越多个内容对象。
如之前提到的，HSVLI指示一项内容，是分层结构的，包括从最概括级到最具体级排序的连续组成。相应的HSVLI的长度是不固定的。在内容中心网络中，与传统的IP网络不同，包可以由HSVLI标识。例如，“abcd/bob/papers/ccn/news”可以是内容的名称，标识相应的(若干)包，即，来自名称为“ABCD”的机构的名字为“Bob”的用户的报纸“ccn”集的“news”文章。为了请求一项内容，节点通过内容的名称表达(例如广播)对该内容的兴趣。对一项内容的兴趣可以是根据内容的名称或标识符对内容集的查询。内容如果在网络上可用，则从存储该内容的任何节点发送回请求节点。路由架构智能地将兴趣传播到可能具有信息的潜在节点，然后携带可用内容沿与兴趣消息行进的路径相反的路径返回。基本上，内容对象遵循兴趣消息留下的碎屑痕迹(breadcrumbs)，因此到达请求节点。
图1图解说明根据本发明的实施例的网络的示例性架构。在此示例中，网络180包括节点100-145。网络中的每个节点耦连到一个或多个其它节点。网络连接185是这种连接的一个示例。网络连接显示为实线，但每条线还可以代表子网络或超级网络，子网络或超级网络可以将一个节点耦连到另一节点。网络180可以是内容中心的、局域网、超级网络或子网络。这些网络中的每一个网络可以互联，使得一个网络中的节点可以到达其它网络中的节点。网络连接可以是宽带、无线、电话、卫星或任何类型的网络连接。节点可以是计算机系统、代表用户的端点和/或可以生成兴趣或发起内容的装置。
根据本发明的实施例，消费者可以生成对一项内容的兴趣，向网络180中的节点转发该兴趣。该项内容可以由发布者或内容提供者存储在网络180中的节点上，发布者或内容提供者可以位于网络内部或外部。例如，在图1中，对一项内容的兴趣在节点105上发起。如果内容在该节点上不可用，则兴趣流向耦连到第一节点的一个或多个节点。例如，在图1中，兴趣流向节点115(兴趣流150)，节点115也没有可用的内容。接着，兴趣从节点115流向节点125(兴趣流155)，节点125也没有该内容。兴趣然后流向节点130(兴趣流160)，节点130具有可用的内容。内容对象流然后反向折回其路径(内容流165、170和175)，直到到达节点105，在此传送内容。诸如认证的其它过程可以包括于内容流中。
在网络180中，在内容持有者(节点130)和兴趣生成节点(节点105)之间的路径中的任何数目的中间节点(节点100-145)可以在内容在网络上行进时参与缓存内容的本地副本。通过隐式地共享对本地缓存内容的访问，缓存降低了位于其它订阅者附近的第二订阅者的网络负载。
在CCN中，清单(也称作目录)用来表示数据的集合。例如，CCN节点可以包含视频集合，视频集合包括大量的视频文件，视频集合的清单可以是标识与视频文件对应的内容对象的排序列表。注意，由于内容对象的大小限制，视频文件可以跨越多个内容对象。而且，CCN节点可以存储网页的内容，网页的清单标识网页的不同组成，诸如标记文档和嵌入式对象(包括Javascript、图像文件、音频文件、视频文件等)。
在清单中，每个内容对象由其名称和相应摘要标识，其中，摘要是内容对象的散列值(通常是使用诸如散列函数SHA-256的加密散列函数计算的)。在一些实施例中，每个内容对象还由指示内容被修改的时间的修改时间标识。图2呈现对传统清单(现有技术)的格式进行图解说明的图。
在图2中，清单200包括由集合名称204和一个或多个下列项标识的内容对象的排序列表：内容对象名称230.1-230.n；摘要232.1-232.n和修改时间234.1-234.n。摘要232.1-232.n包括分别由名称230.1-230.n标识的内容对象的散列值。清单200还包括根散列202，它是基于集合中各个内容对象的散列值232.1-232.n的相加散列值。清单200的根散列202是清单200的唯一标识符。
如图2中所示，清单200可以指示集合中表示的每个内容对象的名称和相应摘要。可选地，清单200还可以包括集合中表示的每个内容对象的修改时间。修改时间字段的使用取决于所执行的底层应用或服务。除了排序列表之外，清单还可以被构造为同步树，其包含内容对象以及内容对象的嵌套集合。
在传统的CCN中，当内容请求者请求内容集合(诸如网页)时，请求者需要发布兴趣消息的初始集合来读一项内容。图3A呈现对网页中包括的各个组成进行图解说明的图。在图3A中，网页300包括标记文档302和由标记文档302引用的许多个对象，标记文档302诸如JavaScript文件304(File1.js)和306(File2.js)和嵌入式图像308(图像1)和310(图像N)。为了下载整个网页300，请求者首先需要请求标记文档302，然后需要解析标记文档302来得到关于嵌入式对象的信息，以便请求这些对象，诸如JavaScript文件304和306或图像308和310。
图3B呈现对下载带嵌入式对象的网页的传统过程进行图解说明的图。在图3B中，请求者312正在从一个或多个响应者314上下载包括多个嵌入式对象的网页。操作中，请求者312通过向响应者314发布请求标记文档的兴趣消息集合316来开始下载过程。一接收标记文档，请求者312解析标记文档，然后一个接一个地请求嵌入式对象(可以是JavaScript文件或图像)。这导致交错请求和下载嵌入式对象，因此增加了延迟。而且，因为请求者312不知道请求一个嵌入式对象要多少块的先验知识，它可能发送估计数目的兴趣来请求对象，此数目可能太少或者太多。例如，在图3B中，标记文档的兴趣集合316包括四个兴趣，每个兴趣有相同的名称前缀，但有不同的块数(诸如/foo/page/s0，/foo/page/s1，...，/foo/page/s3)。然而，所发布的兴趣的数目小于标记文档302中包括的分段(块)的数目。一旦接收初始分段，请求者312发布对剩下的标记文档302的附加兴趣。一旦接收标记文档302的所有分段(包括内容对象集合318和内容对象集合320)，请求者312读标记文档，并请求嵌入式对象(操作322)。
为了请求JavaScript文件304(File1.js)，请求者312发送兴趣消息集合324。事先不知道File1.js的大小，请求者312可能通过发布太多的兴趣打开太大的窗口。在图3B中，请求者312请求File1.js的四个兴趣，每个有相同的名称前缀但有不同的块数(诸如/foo/File1.js/s0，/foo/File1.js/s1，...，/foo/File1.js/s3)。然而，File1.js只包含两个片断，并返回只包括两个内容对象的内容对象集合326。因此，从请求者312发送的File1.js的额外的两个兴趣被浪费，本可以用来请求有用的内容，诸如用来开始下载JavaScript文件306(File2.js)。类似地，请求者312可以再次发布对JavaScript文件306(File2.js)的四个兴趣，其只有一个分段，意味着三个兴趣浪费。对于包括许多小对象的内容集合，这种过度请求可能显著地降低网络的总吞吐量(throughput)。
为了降低下载延迟并提高吞吐量，在一些实施例中，系统将所有必需的内容(包括标记文档和所有的嵌入式对象)对象聚合到单个的命名流中，并允许请求者使用单个命名流(也称作一体化流)下载所有必需的内容。在一些实施例中，内容集合的此单个命名流(一体化流)包括一体化清单，之后是嵌入式对象。注意，为了促进用一体化流进行下载，需要改变传统的清单(如图2中所示)以获得一体化清单。更具体地，一体化清单需要规定每个嵌入式对象中包含的分段的数目。
图4呈现对根据本发明的实施例的示例性一体化清单的格式进行图解说明的图。在图4中，内容集合(可以包括网页的所有内容)400包括清单402、标记文档404、JavaScript文件(File1.js)406、JavaScript文件(File2.js)408和其它组成。清单402包括内容组成的排序列表，每个表项对应于一个内容组成，其可以是标记文档或嵌入式对象。每个表项包括对内容组成的CCN名称进行规定的内容对象字段、列出一体化流中的内容组成的块序列的块数字段和列出所有块的散列值的块-散列字段。
例如，在图4中，清单402中包括的表项410对应于标记文档404。更具体地，表项410包括对象名称字段412.1、块数字段414.1和块散列字段416.1。对象名称字段412.1规定标记文档404的CCN基本名称(/foo/markup)。块数字段414.1规定占据一体化流的块s3-s9(总共七个块，每个块是单个的内容对象)的标记文档404(由CCN名称412.1标识)。注意，在一些实施例中，每个块(或每个内容对象)的CCN名称可以构造为内容组成的CCN基本名称加上块数。例如，假定标记文档404有七个块，标记文档404的第一块可以具有CCN名称/foo/markup/s0，最后一块可以具有CCN名称/foo/markup/s6。块散列字段416.1列出所有七个块的内容对象散列值(诸如0x12AB、0x7798等)。注意，在图4所示的示例中，内容对象散列值显示为2字节散列，便于查看简单。实际上，内容对象的内容对象散列可以是使用SHA-256函数或其等同物计算的16字节散列值。
图4中还示出，清单402中包括的表项420对应于JavaScript文件406(File1.js)。类似于表项410，表项420包括对象名称字段412.2、块数字段414.2和块散列字段416.2。更具体地，对象名称字段412.2规定JavaScript文件406的CCN名称是/foo/file1.js，块数字段412.2规定JavaScript文件406有两个块(s10和s11)，块散列字段416.2列出这两个块的内容对象散列值(0xD2A0，0x3333)。
注意，与传统的清单不同，清单402列举一体化流中每个嵌入式对象的块范围(或偏置)。这允许内容的请求者确定对象(内容组成)是否已经被未完成的(outstanding)兴趣窗口覆盖。例如，如果已经发布10个兴趣，则第10块已经被发布的兴趣覆盖。此外，在清单402中包括每个块的内容对象散列允许请求者通过比较内容对象散列值来确定在其缓存中是否已经有对象或对象的分段。如果对象还没有被未完成的请求覆盖，请求者在其缓存中已经有该对象，则请求者可以跳过该嵌入式对象的下载。例如，在一体化流中，嵌入的JavaScript文件406范围从s10到s11，如果初始兴趣发布到块9的兴趣，则JavaScript文件406不被初始兴趣覆盖。此外，基于JavaScript文件406的内容对象散列，请求者可以确定在其缓存中已经有JavaScript文件406。因此，请求者可以在继续下载内容集合400中的后续内容组成时跳过JavaScript文件406的下载。
而且，列出每个内容组成的内容对象散列允许请求者为每个个别的内容组成打开单独的兴趣窗口，并通过其散列对他们进行请求。更具体地，请求者可以使用自认证的内容对象散列名称请求其自己名称下的特定的嵌入式对象。例如，请求者可以通过其两个分段0xD2A0和0x3333的散列请求JavaScript文件406。换言之，除了使用单个一体化流实现内容下载之外，一体化清单还使得请求者能够使用彼此独立的并行流的集合来下载内容组成。因此，代替在下载嵌入式对象之前等待解析标记文档，请求者可以并行地下载标记文档和嵌入文档。每个流请求可以基于嵌入式对象的散列名称。使用其自己的散列名称下载嵌入式对象还允许从一些定位好的缓存开始下载，而下载嵌入式对象连同标记文档可能导致从非最优的源开始。例如，图像文件可以有非常长的缓存寿命，所以图像文件可以缓存在许多地方，而经常更新的网页(标记)可能有短的缓存寿命，缓存在少数位置。在这种情况下，期望从邻近的缓存位置下载图像，而不是从可能相距很远的标记文档的相同位置下载图像。
图5呈现对根据本发明的实施例的一体化流中的示例性内容对象的格式进行图解说明的图。更具体地，图5显示内容集合(诸如内容集合400)如何可以组合到包括相同名称空间下的许多块的单个一体化流中，每个块是标准的CCN内容对象。在图5中，一体化流500包括多个块，诸如块502、504、506和508。每个块是符合标准CCN内容对象格式的标准CCN内容对象。每个内容对象包括至少名称组成512.x，密钥-ID组成514.x，有效载荷组成516.x和签名组成518.x，x对应于块的序列号。
名称组成规定每个块/内容对象的CCN名称。在一些实施例中，一体化流中的所有内容对象具有相同的名称前缀，内容对象的CCN名称是名称前缀加上其块数。在图5所示的示例中，一体化流500中所有内容对象的名称前缀是/foo/page/all-in-one，内容对象502的CCN名称(是一体化流500中的第一块，块0)是由名称组成512.1指示的/foo/page/all-in-one/s0。类似地，内容对象504(是一体化流500中的第二块，块1)的CCN名称是由名称组成512.2显示的/foo/page/all-in-one/s1。
每个内容对象中的密钥-ID组成(514.x)标识发布者签名内容对象所使用的公钥。签名组成(518.x)可以通过使用相应的私钥对内容对象的剩余部分签名来获得。在一些实施例中，签名可以通过在内容对象的剩余部分的散列上签名来获得。例如，通过对名称组成512.1、密钥-ID组成514.1和有效载荷组成516.1计算的散列值签名，可以获得签名518.1。注意，在一些实施例中，并非一体化流中的所有内容对象都包含密钥-ID。至少，一体化流中的第一内容对象应当包括密钥-ID，或者可选地携带公钥，使得中间节点和终端系统可以验证签名。
每个内容对象或块的有效载荷组成(516.x)包括一部分清单或者一部分嵌入内容组成，诸如标记文档或JavaScript文件。一体化流的前几个块(内容对象)通常包装代表流的清单的对象，这些包装对象的有效载荷是清单本身。取决于清单的大小，包装对象可以包括更少或更多的内容对象。在图5所示的示例中，清单在三个内容对象上延伸(块s0-s2)，每个对象包含清单的块。例如，有效载荷516.1和516.2分别包括清单的第一块和第二块。
后续内容对象的有效载荷包括内容组成部分。例如，内容对象506和508的有效载荷包括嵌入式内容对象/foo/markup/s0和/foo/markup/s1，它是标记文档的第一块和第二块。注意，尽管每个嵌入内容组成块本身可以是有其自己的名称(诸如块是标记文档的一部分的情况下的/foo/markup/s0)的CCN内容对象，一体化流中组合的相应的内容对象分配其自己的流名称，如由名称组成512.x指示的。同一一体化流中的所有内容对象分配相同的名称前缀。注意，向一体化流中的所有内容对象分配相同的名称前缀允许请求者打开足够大的窗口来连续地下载所有嵌入的内容组成，而不需要解析标记文档。例如，请求者可以通过依次向名称前缀添加块数来构造兴趣的初始集合，并使用兴趣的初始集合来请求嵌入的内容组成，而不需要知道内容集合中的那些嵌入内容组成的数目、名称或大小。例如，请求者可以发布兴趣集合(/foo/page/all-in-one/s0，/foo/page/all-in-one/s1，...，/foo/page/all-in-one/s19)来请求一体化流的前20个块。注意，在下载块时，请求者可以读清单(通常是首先被下载的)来确定是否需要发布更多兴趣，以及某些组成已经在其缓存中因此是否可以跳过这些组成的下载。
图6呈现对根据本发明的实施例使用一体化流下载内容集合的示例性过程的图。在图6中，请求者602正在从一个或多个响应者604上下载包括多个嵌入式对象的网页。为了实现一体化下载，一体化清单已经被创建为网页内容的包装。
操作中，请求者602通过向响应者604发起兴趣消息的初始集合606开始下载过程。兴趣消息的初始集合606中包括的兴趣的数目可以是任意的。在一些实施例中，此初始窗口(由初始兴趣集合606定义)可以足够大到覆盖所有包装对象，即清单，但不比整个内容集合大。在图6所示的示例中，初始兴趣集合606包括四个兴趣(/foo/page/all-in-one/s0至/foo/page/all-in-one/s3)，创建足够大的下载窗口以检索清单。注意，请求者602可以使用相同的名称前缀(/foo/page/all-in-one)继续发布新兴趣(在读清单时)以请求其它内容组成，诸如标记文档和JavaScript文件。新兴趣可以通过随后添加块数来创建。在一些实施例中，在下载时，请求者602读清单，确定内容集合中包括的总的块数，并相应地发布适当数目的兴趣。例如，从读清单开始，请求者602可以确定在一体化流中共有20个块，确定它总共发布20个兴趣。
此外，请求者可以基于清单中列出的内容对象散列确定在其缓存中是否已经有一个或多个内容组成或块，如果有，则跳过这些块的下载。例如，通过比较内容对象散列，请求者可以发现他已经有JavaScript文件File.js，其占据一体化流中的块s10和s11。为了提高下载效率，请求者可以发布不包括兴趣foo/page/all-in-one/s10和/foo/page/all-in-one/s11的兴趣集。这样，请求者向响应者提供参数，使得响应者可以配置下载流中包括哪些嵌入式对象。在此示例中，因为兴趣集没有块s10和s11的兴趣，所以这两块不包括于下载流中。
将图6与图3比较，可以看出不需要交错下载多个嵌入内容组成。相反，在本发明的实施例中，内容集合的下载可以使用单个流来实现，因此潜在地明显降低下载延迟。而且，因为清单列出下载流中包括的总的块数，请求者不需要过多请求，不会浪费兴趣，因此提高系统吞吐量。
在一些实施例中，嵌入流块(streamchunk)的有效载荷中的对象本身还可以是一体化流。例如，HTML文件可以引用其它HTML文件或其它对象的帧，这些帧本身可以组成一体化流。图7呈现对根据本发明的实施例的示例性递归一体化流进行图解说明的图。在图7中，一体化流700包括清单702和许多个内容组成，诸如标记文档704、嵌入式对象706和708等。更具体地，嵌入式对象708本身是一体化流，包括清单712和其它内容组成，诸如嵌入式对象714。注意，在这种情况下，父清单(清单702)通过列出其流名称、块范围和块的散列值，以与对待其它任何嵌入式对象相同的方式对待嵌入一体化流708。注意，一体化流700中包括的对应内容对象，包括携带嵌入一体化流708的内容对象都被赋予一体化流700的名称前缀。
内容集合可以包括许多嵌入式对象，每个嵌入式对象可以跨越许多内容对象，诸如包含大量的高分辨率图像的网页。在这种情况下，在单个清单中列出所有嵌入式对象可能导致清单本身太大而不能有效下载。为了提高清单下载效率，在一些实施例中，列出许多嵌入式对象的大的清单可以被重新组成分散在一体化流中的不同位置的许多个较小的清单。图8呈现对根据本发明的实施例具有多分段清单的示例性一体化流进行图解说明的图。在图8中，一体化流800包括许多个清单分段(诸如初始清单分段802和清单分段804和806)；许多个内容组成(诸如标记文档808、图像文件810和812等)。代替列出初始清单分段802中的所有嵌入式对象，初始清单分段802只可以包含标记文档808的信息和后续清单的清单分段804的指针。这允许请求者使用初始兴趣窗口下载包括重要的网页信息的初始清单802和标记文档808。初始清单802中包括的指针使请求者能够请求后续的清单分段。将清单组织成多个分段允许请求者下载一部分网页，同时确定是否已经在其缓存中有某些嵌入式对象，并且如果在本地缓存中有这样的嵌入式对象时跳过下载这些对象。
在存在大的内容组成(诸如高分辨率图像)的情况下，替代列出清单中所有内容对象的内容对象散列值，清单可以只列出每个嵌入式对象的很少的初始内容对象散列。例如，嵌入式对象可以跨越几百个内容对象；替代列出这几百个内容对象的散列值，清单可以只列出初始的很少的(诸如10％)散列值。这些很少的散列值应当提供足够的信息以允许请求者确定在其缓存中是否已经有图像，或者是否可以从附近位置在其自己的名称空间下开始下载图像。
在一些实施例中，兴趣消息可以包括“修改后”参数。因此，当接收这些兴趣时，响应者在一体化流和/或其清单中包括只在“修改后”参数之后修改的嵌入式对象。这允许请求者在下载网页时跳过下载旧文件，诸如旧照片。在一种变形中，一体化流可以包括新近被引用的比较旧的对象。例如，如果旧照片长时间没有包括于网页清单中，则它可以包括于一体化流中，即使在兴趣中规定的“修改后”参数之后还没有被修改。
在一些实施例中，一体化流可以被压缩。
图9呈现对根据本发明的实施例构造可以用来下载内容集合的一体化流的示例性过程进行图解说明的图。操作中，内容提供者(诸如发布者)构造内容集合的一体化清单(操作902)。在一些实施例中，清单包括集合内内容组成的排序列表。排序列表中的每个表项包括规定对应的内容组成的CCN名称的对象名称字段，列出由一体化流内的内容组成占据的块数的块数字段以及列出内容组成的第一较少或所有块的散列值的块散列字段。
内容提供者还将构造的清单连同内容组成一起封装到标准内容对象中(操作904)。在一些实施例中，内容对象符合CCN标准。注意，每个内容对象分配一个流名称，流中的所有内容对象具有相同的名称前缀。随后，内容提供者接收流的名称空间下的初始兴趣请求集合(操作906)，并且作为回应，内容提供者基于接收的兴趣和初始兴趣请求中包括的参数以清单开始，构造内容对象的流(操作908)。在一些实施例中，兴趣请求中包括的参数可以包括“修改后”参数。注意，一旦请求者接收清单，在后续的兴趣中，清单可以包括基于清单中包括的信息确定的参数。例如，请求者可以基于清单中列出的散列跳过一个或多个内容组成，这可以指示这些组成已经在请求者的缓存中。
内容提供者继续从请求者接收兴趣(操作910)，基于接收的兴趣确定流中包括的内容组成(操作912)，并通过包括适当的组成连续地构造流(操作914)。
在本发明的一些实施例中，一体化流可以包括可重构内容对象。可重构内容对象基于元数据文件中存储的规则集合由内容项构造的，并且可以包括由原始发布者提供的加密签名。为了使接收者重构内容对象，可重构内容对象通过网络与元数据文件一起传送。接收者提供并保存有效载荷(以用户文件的形式)和签名，并丢弃接收的内容对象。在需要时，接收者可以使用元数据文件中包括的签名和信息由保存的用户文件重构原始内容对象。
正如在之前的部分中公开的，当内容请求者请求包括多个嵌入式对象的网页时，内容请求者可以打开初始窗口(通过发布兴趣的初始集合)来下载单个一体化流中的网页连同嵌入式对象。如图5中所示，初始的一个或多个流内容对象的有效载荷可以包括一体化流的块，其列举每个嵌入式对象的流块以及所有块的散列值。从响应者开始，单个一体化流(因此还有流内容对象)可以通过多个网络节点(例如路由器)传输，之后到达请求者。在CCN中，希望中间节点在其本地内容存储中缓存一体化流，使得它可以对以后对网页的请求做出响应。然而，存储一体化流意味着以图5中所示的格式存储流内容对象，诸如内容对象502-508。注意，如从图5可以看出，表示内容组成(诸如标记文档或图像文件)的内容对象被流封、名称和签名字段装封装在一起。因此，如果不同的请求者尝试请求个别嵌入式对象，诸如图像文件，则缓存一体化流的路由器不能做出反应，原因是它不清楚在流内容对象中的嵌入式对象，除非路由器去掉流封装并提取为嵌入的内容对象的有效载荷。因此，为了能够对具有嵌入式对象的整个内容项的请求以及对个别嵌入式对象的请求做出响应，路由器可能需要以两种形式存储内容项，一种是包括多个流内容对象的一体化流，一种是个别嵌入式对象。例如，路由器可以从一体化流中提取有效载荷，并单独地存储每个个别的嵌入式对象，诸如JavaScript文件或图像文件。类似地，如果接收内容项(诸如网页)的终端节点想要对未来请求做出响应，网页和任何个别组成两者可能都需要存储两种形式的内容项。
然而，以两种形式存储相同的内容项可能导致在中间节点上的数据存储中有不期望的冗余，特别是对包括许多嵌入式对象的内容项。为了避免这种冗余，在本发明的一些实施例中，系统生成并传送可重构一体化流，这允许中间节点以个别嵌入式对象存储内容项，并在它接收对此内容项的未来请求时重构一体化流。注意，每个个别的嵌入式对象可以跨越具有相同的CCN基本名称的多个标准CCN内容对象。
为了使中间节点能够重构一体化流，在一些实施例中，发起一体化流的原始节点在一体化清单中包括流构造信息。这个清单也称作流构造清单。在一些实施例中，流构造清单包括常规的一体化流中的全部(如图4中所示)加上用于构造一体化流和流签名的集合的规则集合。
图10呈现对根据本发明的实施例的示例性流构造清单进行图解说明的图。在图10中，流构造清单1000包括一体化清单1010、流构造元数据1020和流签名集合1030。更具体地，一体化清单1010类似于图4中所示的一体化清单402，包括嵌入式对象的排序列表。流构造元数据1020包括流内容对象的封装信息。在一些实施例中，流构造元数据1020可以包括用来构造一体化流的规则集合。例如，元数据1020可以包括规定如何对每个流块进行命名的命名规则。在一些实施例中，命名规则可以规定CCN基本名称。附加规则可以包括对签名密钥(诸如标识公钥的密钥-ID)进行规定的规则，对在一个或多个流块中是否包括相应的公钥进行规定的规则，对在每个流块中是否插入流签名或者是否在元数据1020中保存流签名进行规定的规则，等等。在一些实施例中，流签名1030包括流中所有块的流签名。在一些实施例中，流构造清单1000用作安全目录，流签名1030包括在流构造清单1000上生成的签名。在流构造清单用作安全目录的情况下，随后的流内容对象不再需要携带其自己的签名，原因是一体化清单1010包含每个流块的散列值，可以形成信任链。信任链包含清单签名加上嵌入的内容对象的散列链。
一旦接收可重构一体化流，中间节点或终端节点可以存储流构造清单，提取并存储嵌入式对象，并且可以丢弃接收的一体化流。如果中间节点或终端节点接收对特定的嵌入式对象的未来兴趣，诸如图像，则它可以直接返回相应的嵌入式对象。如果中间节点或终端节点接收对整个内容项的未来兴趣，则它可以使用存储的流构造清单和个别的嵌入式对象重构一体化流。而且，如果内容项被内容发布者部分更新，则中间节点可以从内容发布者只取更新部分(一体化的形式)流，然后基于流构造清单从其缓存中重构未变化的嵌入式对象的流内容对象。中间节点然后可以将重构流内容对象插入到由发布者发出的一体化流中。
图11呈现对根据本发明的实施例如何构造流内容对象进行图解说明的图。在图11所示的示例中，装置或节点正在由嵌入式内容对象1102和流构造清单1104重构流内容对象。更具体地，嵌入式内容对象1102包括标记文档的第一块，因此是CCN名称“/foo/markup/s0”。如之前公开的，流构造清单1104包括用于构造流内容对象的规则集合。这些规则允许装置或节点生成适当的流封装，流封装可以包括名称、公钥信息和签名。注意，流签名由一体化流的发起者生成，与每个嵌入式内容对象中包括的签名不同。
在图11所示的示例中，重构流内容对象1110几乎与图5中所示的原始流内容对象506相同，包括名称字段1112、密钥-ID字段1114、有效载荷字段1116和签名字段1118。然而，在图11所示的示例中，与原始的流内容对象506中的签名字段不同，签名字段1118不包括流签名，而是可以包括构造清单1104的引用(作为隐式签名)，其用作安全目录并携带安全目录的签名。可选地，如果不实行聚合的签名，流构造清单1104不充当安全目录，则装置可以提取重构清单1104中包含的个别流签名，并将其插入到重构流内容对象1110中。
在一些实施例中，装置或节点可以重构整个一体化流，或者可以重构许多个流内容对象，然后将这些流内容对象插入到相应的一体化流中。
在一些实施例中，诸如路由器或转发器的装置可以在用户请求嵌入式对象之前主动地取出嵌入式对象，然后使用可重构一体化流来将其传送给用户。例如，一个或多个流行图像可以被不同的网页引用。为了降低未来的下载延迟，网络中的路由器可以甚至在包含这些图像的网页正在被用户请求之前，主动地获得这些图像。当用户从网页的发布者请求这个网页时，用户可以向发布者发送兴趣，发布者又构造并返回一体化流。另一方面，位于发布者和请求者之间的路由器可以基于返回的一体化流中包括的流构造清单检测在其本地缓存中已经有一个或多个嵌入式图像，不再需要下载这些图像。相反，路由器可以使用代表嵌入式图像的缓存的内容对象构造许多个流内容对象。更具体地，路由器可以基于流构造清单中包括的流构造规则集合生成每个嵌入式内容对象的适当的流封装，然后将封装应用到嵌入式内容对象。在构造流内容对象之后，路由器则将重构的流内容对象插入到由网页的发布者发送的一体化流中。
在一些实施例中，流构造清单可以在其第一内容对象中携带可以用来唯一地标识重构一体化流的全局唯一标识符(GUID)。在又一些实施例中，GUID可以是流构造清单本身的散列值(诸如SHA-256散列)。此GUID允许网络中的节点确定节点是否已经看到相同的流。如果看到，则最有可能是节点在其本地缓存中已经有流的所有内容组成，并且可以通过重构整个流立即满足一体化流中的所有兴趣。注意，中间节点只有在它可以验证第一内容对象中的签名时才可以这样做。
图12呈现对根据本发明的实施例构造可重构一体化流的示例性过程进行图解说明的流程图。操作中，包括多个嵌入式对象的内容集合的发布者构造一体化清单(操作1202)。在一些实施例中，一体化清单包括集合内的内容组成的排序列表。排序列表中的每个表项包括规定相应的内容组成的CCN名称的对象名称字段、列出由一体化流内的内容组成占据的块数的块数字段和列出内容组成的前几个或所有块的散列值的块散列字段。
发布者然后获得流构造规则集合(操作1204)。注意，规则集合可以是默认的或者由发布者定义的。在一些实施例中，规则集合可以规定如何生成每个嵌入式内容对象的流封装。基于规则集合，发布者生成内容集合的流内容对象的集合(1206)，并创建每个流内容对象的加密签名(操作1208)。发布者然后可以通过包括一体化清单、流构造规则集合以及可选的签名来生成流构造清单(操作1210)，并将流构造清单设置在可重构一体化流的开始(操作1212)。
图13呈现对根据本发明的实施例重构一体化流的示例性过程进行图解说明的流程图。操作中，中间节点从一体化流的提供者接收流内容对象的初始集合(操作1302)。中间节点读第一流内容对象以提取GUID(操作1304)，并基于流签名认证第一内容对象(操作1306)。中间节点然后确定提取的GUID是否与其本地缓存中存储的流构造清单的GUID匹配(操作1308)。如果匹配，则中间节点访问存储的流构造清单(操作1310)，并使用缓存的内容组成的集合重构流内容对象(操作1312)。随后，中间节点通过包括缓存的流重构清单和重构的流内容对象组合一体化流(操作1314)，将一体化流转发到流请求者(操作1316)，并将一体化流的所有兴趣标记为已经满足(操作1318)。如果没有找到GUID匹配，则中间节点继续接收并转发剩余的流内容对象(操作1320)，并在所有的流内容对象已经转发到流请求者时标记兴趣为被满足(操作1318)。
图14对根据本发明的实施例实现内容下载的可重构一体化流的示例性系统进行图解说明。实现可重构一体化流的系统1400包括处理器1410、存储器1420和存储装置1430。存储装置1430通常存储可以加载到存储器1420中并由处理器1410执行上面描述的方法的指令。在一个实施例中，存储装置1430中的指令可以实现构造清单生成模块1432、流内容对象生成模块1434和可重构一体化流组合模块1436，所有这些模块都可以通过各种手段彼此通信。
在一些实施例中，模块1432、1434和1436可以部分地或者全部以硬件实现，并且可以是处理器1410的一部分。而且，在一些实施例中，系统可以不包括单独的处理器和存储器。相反，除了执行特定的任务之外，模块1432、1434和1436或者单独地或者一起可以是通用或专用计算引擎的一部分。
存储装置1430存储由处理器1410执行的程序。具体地，存储装置1430存储程序，所述程序实现用于实现一体化内容下载的系统(应用)。操作中，应用程序可以从存储装置1430加载到存储器1420中并由处理器1410执行。结果，系统1400可以执行上文描述的功能。系统1400可以耦连到可选的显示器1480(其可以是触摸屏显示器)、键盘1460和定位装置1470，系统1400还可以通过一个或多个网络接口耦连到网络1482。
在此详细描述中描述的数据结构和代码通常存储于计算机可读存储介质上，计算机可读存储介质可以是可以存储代码和/或数据以由计算机系统使用的任何装置或介质。计算机可读存储介质包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器、磁和光存储装置(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)、DVD(数字通用盘或数字视频盘))或能够存储现在已知或以后开发的计算机可读介质的其它介质。
在详细描述部分描述的方法和过程可以体现为代码和/或数据，这些代码和/或数据可以存储在如上文描述的计算机可读存储介质中。当计算机系统读、执行计算机可读存储介质上存储的代码和/或数据时，计算机系统执行体现为数据结构和代码并存储于计算机可读存储介质中的方法和过程。
而且，上面描述的方法和过程可以包括于硬件模块或设备中。这些模块或设备可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或一条代码的专用或共用处理器、和/或现在已知或以后开发的其它可编程逻辑器件。当硬件模块被激活时，他们执行其中包括的方法和过程。

Claims (10)

1.一种用于组合可重构内容流并通过网络传送所述可重构内容流的计算机可执行的方法，包括：
通过计算机获得包括多个内容组成的内容集合；
生成所述内容集合的清单，其中，所述清单中的相应表项对应于内容组成；
获得流构造规则集合；
通过将所述流构造规则集合附带到所述清单来生成流构造清单；
基于所述流构造规则集合构造所述内容集合的流对象集合，其中，相应的流对象可以包括内容组成的嵌入块；
用加密方式对所述流对象集合签名；以及
通过包括之后跟随所述流对象集合的所述流构造清单来组合所述可重构内容流，从而使网络中的中间节点能够提取并存储一个或多个内容组成的嵌入块，以在稍后时间基于所述流构造清单和存储的嵌入块重构所述一个或多个内容组成的流对象。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流构造规则集合包括以下的一个或多个：
限定所述流对象集合的命名规范的规则；
规定签名密钥的规则；以及
规定在所述流构造清单中是否包括所述流对象集合的加密签名的规则。
3.一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令由计算装置执行时引起所述计算装置执行用于组合可重构内容流并通过网络传送所述可重构内容流的方法，所述方法包括：
获得包括多个内容组成的内容集合；
生成所述内容集合的清单，其中，所述清单中的相应表项对应于内容组成；
获得流构造规则集合；
通过将所述流构造规则集合附带到所述清单来生成流构造清单；
基于所述流构造规则集合构造所述内容集合的流对象集合，其中，相应的流对象可以包括内容组成的嵌入块；
用加密方式对所述流对象集合签名；以及
通过包括之后跟随所述流对象集合的所述流构造清单来组合所述可重构内容流，从而使网络中的中间节点能够提取并存储一个或多个内容组成的嵌入块，以在稍后时间基于所述流构造清单和存储的嵌入块重构所述一个或多个内容组成的流对象。
4.根据权利要求3所述的计算机可读存储介质，其中，所述流构造规则集合包括以下的一个或多个：
限定所述流对象集合的命名规范的规则；
规定签名密钥的规则；以及
规定在所述流构造清单中是否包括所述流对象集合的加密签名的规则。
5.一种用于重构属于内容流的一个或多个流对象以用于下载内容集合的计算机系统，所述系统包括：
处理器；以及
存储装置，所述存储装置耦连到所述处理器，并存储指令，所述指令由所述处理器执行时引起所述处理器执行一种方法，所述方法包括：
通过计算机从所述内容集合的提供者接收所述内容流的流对象的初始集合，其中，所述流对象的初始集合包括流构造清单，其中，所述流构造清单包括流构造规则集合和与所述内容集合中的内容组成对应的表项集合；
响应于确定所述内容集合中包括的内容组成存在于本地缓存中，基于所述流构造规则集合重构所述内容组成的一个或多个流对象；以及
将重构的一个或多个流对象插入到所述内容流中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述流构造规则集合包括以下的一个或多个：
限定所述流对象集合的命名规范的规则；
规定签名密钥的规则；以及
规定在所述流构造清单中是否包括所述流对象集合的加密签名的规则。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述方法还包括：
从所述流对象的初始集合中最前面的流对象提取所述内容流的全局唯一标识符GUID；
响应于基于提取的GUID确定所述本地缓存存储所述流构造清单的副本，使用所述本地缓存中的内容组成重构整个内容流的副本；以及
向所述内容流的请求者传送所述整个内容流的副本。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述流构造清单中的相应表项对应于跨越多个流对象的内容组成，其中，所述表项列出嵌入所述多个流对象中的多个块的散列值。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述流构造清单还包括在所述流构造清单上生成的加密签名，从而使流对象的接收者能够基于所述加密签名认证所述流对象集合。
10.根据权利要求5所述的系统，其中，所述网络是内容中心网络，并且其中，所述对象是标准CCN内容对象。
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