CN107925674A - 在内容为中心的网络(ccn)中推送数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种在内容为中心的网络(Content‑Centric Networking，CCN)中推送数据的方法包括：从所述CCN网络中的节点设备的输入接口设备处的来源接收消息，所述节点设备执行CCN协议；确定所述接收到的消息是兴趣通知(interest‑notification)消息。所述接收到的消息包括类型(Type)字段、内容名称(Content Name)字段和可缓存对象(Cacheable Object)字段，从而被标识为兴趣通知(interest‑notification)消息。所述类型(Type)字段指示所述接收到的消息是在所述CCN网络中推送数据。所述内容名称(Content Name)字段将层级名称关联到正在所述CCN网络中推送的所述数据。所述可缓存对象(Cacheable Object)字段包括表示正在所述CCN网络中推送的所述数据的可缓存对象。所述可缓存对象响应于所述接收到的消息是兴趣通知(interest‑notification)消息而提取。所述可缓存对象置于所述节点设备处的缓存中。

Description

在内容为中心的网络(CCN)中推送数据的方法和装置
交叉申请
本申请要求2015年8月14日递交的发明名称为“在内容为中心的网络(CCN)中推送数据的方法和装置(METHOD AND APPARATUS FOR PUSHING DATA IN ACONTENT-CENTRICNETWORKING(CCN)NETWORK)”的第14/826,785号美国非临时专利案的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文本中。
技术领域
本发明大体上涉及信息中心网络，更具体地，涉及一种在内容为中心的网络(Content-Centric Networking，CCN)中推送数据的方法和装置。
背景技术
近年来，先进的低成本无线技术已经实现了各种各样的实际生活应用。无线传感器技术已经出现在几乎每个想得到的应用领域中。配备有因特网连接的智能手机和具有组网能力的家用电器已经走进日常生活。物联网(Internet of Things，IoT)是一种新型模式，提出了大规模传感生态系统的概念，其中所有可能的设备都能够作出贡献。该上下文中的物体的定义非常模糊。其可以是从零售包装上的无源RFID标签到观测周围环境的智能转换器的任何物体。在这样一个全球传感网络中相连接的设备的数量将是巨大的。这对于当前的因特网架构而言具有终极挑战性，当前的因特网架构在几十年前就已出现且基于主机到主机连接。
当前的因特网按照位置访问内容。当前的因特网基于点到点连接，这最终意味着每个相连设备都必须可通过主机名称或IP地址来唯一寻址。这种模式最初用于共享资源，而不是共享数据。当今，因特网的用途主要包括共享数据，这并非最初设计的用途。虽然时常有各种补丁式改进，但是需要彻底地对架构进行重设计。信息中心网络(Information-Centric Networking，ICN)是一种新的组网模式，其按照名称而非位置来访问内容。信心中心网络的目标在于使用位置方案替代当前内容，因为因特网上的大部分内容位置都与最终用户无关。研究界已经出现了若干ICN架构提议，其中内容为中心的网络(Content-CentricNetworking，CCN)最值得关注。但是，CCN是一种基于数据拉取的架构，而且对于典型的IoT数据推送应用并无帮助。
发明内容
根据上述内容，本领域技术人员可以理解，已经出现了使用CCN协议来实现IoT应用的需求。根据本发明，提出了一种称为兴趣通知的新型CCN消息原语，所述新型CCN消息原语的处理方式不同于当前报文原语，同时提供了一种在内容为中心的网络(Content-Centric Networking，CCN)中推送数据的方法和装置，所述方法和装置大幅减少并基本消除了与传统信息中心网络技术相关联的问题。
根据一项实施例，提供了一种在内容为中心的网络(Content-CentricNetworking，CCN)中推送数据的方法，所述方法包括从所述CCN网络中的节点设备的输入接口设备处的来源接收消息，所述节点设备执行CCN协议。确定所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息。所述接收到的消息包括类型(Type)字段、内容名称(Content Name)字段和可缓存对象(Cacheable Object)字段，从而被标识被兴趣通知(interest-notification)消息。所述类型(Type)字段指示所述接收到的消息是在所述CCN网络中推送数据。所述内容名称(Content Name)字段将层级名称关联到正在所述CCN网络中推送的所述数据。所述可缓存对象(Cacheable Object)字段包括表示正在所述CCN网络中推送的所述数据的可缓存对象。所述可缓存对象响应于所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息而提取。所述可缓存对象置于所述节点设备处的缓存中。
根据另一项实施例，提供了一种用于在内容为中心的网络(Content-CentricNetworking，CCN)中推送数据的实体。所述实体可以包括接收单元，用于从所述CCN网络中的节点设备的输入接口设备处的来源接收消息，所述节点设备执行CCN协议；确定单元，用于确定所述接收到的消息为兴趣通知(interest-notification)消息；以及提取单元，用于响应于所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息而提取可缓存对象。所述接收到的消息包括类型(Type)字段、内容名称(Content Name)字段和可缓存对象(Cacheable Object)字段，从而可以被标识为所述兴趣通知(interest-notification)消息。所述类型(Type)字段指示所述接收到的消息是在所述CCN网络中推送数据。所述内容名称(Content Name)字段将层级名称关联到正在所述CCN网络中推送的所述数据。所述可缓存对象(Cacheable Object)字段包括表示正在所述CCN网络中推送的所述数据的所述可缓存对象。所述可缓存对象置于节点设备处的缓存中。
本发明描述了相比传统信息中心网络技术的诸多技术优点。例如，一个技术优点是使用所述CCN协议在网络中推送数据。另外一个技术优点是建立CCN消息格式以在所述网络中推送数据。本领域技术人员可以从以下附图、说明书和权利要求书中显而易见地辨别出其它技术优点。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中相同的参考数字代表相同的对象，其中：
图1示出了实施内容为中心的网络(Content-Centric Networking，CCN)协议的网络图；
图2示出了CCN节点设备的简化框图；
图3示出了在CCN节点设备处处理兴趣(Interest)消息的流程图；
图4示出了在CCN节点设备处处理内容对象(Content Object)消息的流程图；
图5示出了兴趣(Interest)消息的示例格式；
图6A至图6C示出了一种特殊类型的兴趣(Interest)消息的示例格式，其中该兴趣(Interest)消息包括可缓存对象；
图7示出了兴趣通知(Interest Notification)消息的示例格式；
图8示出了在CCN节点设备处处理兴趣(Interest)消息、兴趣通知(InterestNotification)消息和内容对象(Content Object)消息中的任一消息的流程图；
图9示出了在其中显示消息流的网络图；
图10示出了在其中显示故障期间的消息流的网络图；
图11示出了网络设备的图，其中该网络设备可以为通过该网络传输和处理数据的任何设备；
图12示出了网络设备中的网络组件的图。
具体实施方式
下文所论述的图1至图12以及用于在该专利文献中描述本发明的原理的各种实施例仅作为说明，而不应理解为以任何方式来限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，本发明的原理可以由任何类型的适当布置的设备或系统来实现。在一个附图中示出和论述的特征可以适当地实施在在一个或多个其它附图中。
图1示出了实施CCN概念的网络100的简化图。网络100包括CCN节点设备102。网络100还可以包括其它实体和设备，例如传感器104、具有因特网110接入功能的客户端106、IoT服务器108、散热单元112和包括CCN节点设备102的功能的至少一个应用服务器114。CCN节点设备102的其它示例包括接入点、网关、内容路由器、边缘/服务/核心路由器、域控制器(domain controller，AS)140和一个或多个内容仓库。各实体还可以包括缓存数据的能力。网络100可以包括使用CCN协议来进行通信的其它组件，这些组件可以运行有能力提供和请求数据的各种应用。CCN节点设备102为实施转发和缓冲的网络实体。CCN节点设备102使用建立在已命名数据上的传输协议，与所涉及机器的身份或位置无关。CCN在其最底层没有主机概念。报文“地址”给内容、设备或服务命名，但不给位置命名。CCN协议有效地传送已命名的内容，而不是将主机连接到其它主机。数据的各报文可以在任何CCN节点设备102处进行缓存。通过结合用于多播或广播传送的内在支持，这在很多人对同一内容感兴趣时会带来很有效的网络使用。CCN协议针对已命名的数据报文提供位置无关的传送服务。这些服务包括针对端到端传送的多跳转发、流控制、通过网络中可用的缓冲存储器进行的透明和自动多播传送、无循环多径转发、与传送路径无关的内容完整性验证和任意应用数据的输送。应用通过某些能够传输报文的下层通信服务来运行CCN协议。对于下层服务的性质并无限制：其可以物理传输或者另一网络或传输协议。例如，应用一般会在UDP顶层运行CCN协议，以利用现有IP连接。由于内容独立于CCN协议中的位置而进行命名，所以也可以无限期地保留在网络中，从而有效地提供一种分布式文件系统服务。
CCN协议支持各种不同的网络应用。CCN模型支持已存储的内容应用，例如视频或文档文件的分布。CCN模型还支持实时通信和发现协议，而且可以携带主机之间的会话，例如TCP连接。这些协议通过让应用自行选择命名规则来支持各种不同的应用。CCN协议用于应用之间的端到端通信，所以其旨在被集成到应用处理中，而不是实施为独立的层。
CCN协议通过将内容变得可直接寻址和可路由来突出内容。终点基于已命名的数据而不是IP地址来进行通信。CCN具有对内容请求消息(称为“兴趣”)和内容返回消息(称为“内容对象”)进行基本交换的特点。兴趣(Interest)消息用于按名称来请求数据。兴趣(Interest)消息可以标识内容块以进行非常具体的检索。或者，兴趣(Interest)消息可以提供名称前缀和其它限定条件以限制在按前缀命名的集合中哪些数据是可接受的。
CCN名称有时用于标识具体的数据块，但是在其它情况下，通过对名称树中的点进行命名来标识数据集合，在该名称树下可以有多个数据。用于标识数据集合的名称类似于IP的主机寻址方案中的网络地址，其中该网络地址可以看做用于标识附着到该网络的主机的集合。在给集合命名的情况下，CCN名称为该集合中的每个内容的名称前缀，就如同IPv4网络地址为成员主机的IP地址提供前缀。基于这一原因，CCN名称可以称为名称前缀或简单地称为前缀。
内容对象用于提供数据。内容对象(Content Object)消息不仅包括数据净荷，还包括识别名称(不包括隐式摘要组件)、加密签名和签署人(称为出版者)标识以及其它签署信息。形式上而言，内容对象(Content Object)消息是名称、出版者和数据块的不可变绑定。每个内容对象(Content Object)消息需要包括一个有效签名。这样，与CCN协议通信的所有数据均得到证实。
任何CCN方都可以选择验证其接收到的任何内容对象(Content Object)消息上的签名。即将要使用数据的应用首先必须验证该数据。验证可能要求验证公钥，公钥不包括在该内容对象(Content Object)消息中。CCN方丢弃未能通过验证的内容对象(ContentObject)消息。
使用CCN协议的通信受接收方控制。数据消费者通过可用连接来传输兴趣(Interest)消息，并且接收该消息并具有(根据该兴趣(Interest)消息中的规格)与请求相匹配或满足请求的数据的任一方可以传输匹配的内容对象(Content Object)消息。数据仅响应于与该数据相匹配的兴趣(Interest)消息而传输。兴趣(Interest)消息可以通过底层传输的广播或多播设施进行传输，从而以最小的带宽成本到达诸多潜在数据源。
一方响应于单条接收到的兴趣(Interest)消息而最多传输一条内容对象(Content Object)消息，尽管该方有诸多相匹配的内容对象。兴趣(Interest)消息与数据(Data)消息之间的这种一对一映射保持了流量平衡，而流量平衡允许接收方控制数据从发送方进行传输的速率，避免将数据发送到其不希望的任何位置而消耗带宽。
响应于两个不同节点设备(例如通过广播或多播)所接收到的单条兴趣(Interest)消息，节点设备实施抑制机制以使这两个节点设备传输两条内容对象(ContentObject)消息的可能性减到最小。抑制机制包括随机化响应次数和检测另一个节点设备已广播或多播一个响应的事实，从而使得兴趣可以被丢弃。
期望检索需要多个内容对象(Content Object)消息的大量数据的接收方传输一系列兴趣(Interest)消息。对于流水线技术而言，接收方可以传输多个兴趣(Interest)消息，而无需在发送下一条兴趣(Interest)消息前等待响应于各兴趣(Interest)消息的数据。只有接收方足够了解内容对象的名称以提前构建不同的兴趣时，这才是可能的。发送具有相同请求的多个兴趣(Interest)消息通常会导致相同的内容对象被重复传输，因为发送方仅基于它们当时可用的内容对兴趣进行响应，而不是基于它们对先前传输过的内容对象的任何记忆。
CCN协议不会假设消息的底层传输是可靠的。为了提供可靠的传送，在某些合理的时段内无法得到满足的兴趣(Interest)消息被重传。接收方针对未得到满足的兴趣维护定时器，因为接收方仍然需要数据并在定时器超时的时候重传未得到满足的兴趣。
图2示出了CCN节点设备102的示例。完整的CCN节点设备(与单个应用等受限CCN方相对)包含以下数据结构，以提供缓冲/缓存和无循环转发。CCN节点设备102包括内容存储库(Content Store，CS)202、一个或多个网络接口设备(Face)204，转发信息库(ForwardingInformation Base，FIB)存储器206、待定兴趣表(Pending Interest Table，PIT)存储器208、转发逻辑存储器209和处理器210。CS 202具有缓冲存储器，用于通过对名称的前缀匹配查找来检索内容对象。由于CCN内容对象(Content Object)消息是自标识和自验证的，所以各CCN内容对象(Content Object)消息对于诸多消费者而言都可能有用。CS 202实施替代策略以最大化重用的可能性，例如最近最少使用(Least Recently Used，LRU)或者最不常用(Least Frequently Used，LFU)。CS 202还实施过时位。CS 202可以无限期地保留内容对象(Content Object)消息，但是不需要采取任何特别的措施来保存它们。每个CS 202将过时位与每个内容对象进行关联。
针对刚到达的内容的过时位的初始设置是“不过时的(not stale)”。具有过时位集合的内容对象没有资格响应于兴趣(Interest)消息而发送，除非兴趣(Interest)消息具有“应答可能是过时的(answer may be stale)”位集合。效果与该过时内容对象不存在(即，兴趣可能与存储器中的某些其它内容对象相匹配，否则就转到其它节点设备)相同。如果过时内容对象的精确副本到达，那么效果与尚不存在该过时内容对象相同。具体而言，存储器中的内容对象不再是过时的。实际情况是，当已达到存储配额时，过时的内容对象应该在要从存储器中丢弃的事物列表中排到很高的位置。
至少有两种方式来设置过时位：显式设置或通过定时器设置。要显式设置过时位，本地客户端可以通过在兴趣(Interest)消息中设置的“标记为过时(Mark as stale)”位来表达对内容客户端的兴趣。这限于本地客户端，以限制可能会使内容无法访问的攻击的范围。要通过定时器来设置过时位，内容对象可以包括新鲜性元素。每个对象的过时定时器对于CCN节点设备是本地的，且在内容对象到达时启动。当超时指定秒数时，该内容对象变为过时。
网络接口设备204是接口概念的概括。网络接口设备204可以是到网络的连接或者直接到应用方的连接。网络接口设备204可以用于在特定网络接口上发送和接收广播或多播报文，或者通过底层传输中的点到点寻址或通过隧道(例如，TCP隧道)来发送和接收报文。网络接口设备204也可以是到运行在相同机器上的单个应用进程的连接，该连接通过UDP或OS特定进程间通信路径等封装进行。所有消息都通过网络设备接口到达和发出。
FIB存储器206提供针对兴趣的出接口表格，用于通过对名称的最长前缀匹配查找来进行检索。FIB存储器206中的每个前缀项可以表示一列网络接口设备204，而不是仅表示一个网络接口设备。
PIT存储器208提供针对未得到满足的兴趣的来源的表格，用于通过对名称的最长前缀匹配查找来进行检索。PIT存储器208中的每个表项可以表示一列来源。PIT存储器208中的表项会超时，而不会被无限期地保留。
处理器210与CS 202、PIT存储器208、FIB存储器206和网络接口设备204进行连接，以处理兴趣(Interest)消息和内容对象(Content Object)消息，如下文所述。转发逻辑存储器209为处理器210提供执行指令。
要注意的是，上文所列表格可以通过单个索引进行互连，以最小化在CCN消息处理和转发的核心处进行的查找操作的成本。这种索引被排序或进行优先级排序以实现下文所述的查找顺序的效果。
图3示出了处理兴趣(Interest)消息的流程300。当在步骤302处通过到达网络接口设备204接收到兴趣(Interest)消息时，在步骤304处，在CS 202中进行查找。如果找到匹配的内容对象，则在步骤306处，将该匹配的内容对象从到达网络接口设备204发送出去，作为对兴趣(Interest)消息的响应。为了进行匹配，内容对象必须满足兴趣(Interest)消息中给出的所有规格。可以同时对多个内容对象进行匹配，在这种情况下，兴趣(Interest)消息中的规格将用于确定要返回的内容对象。当在CS 202中找到匹配的内容对象时，停止处理并丢弃兴趣(Interest)消息。
如果在CS 202中没有找到匹配的内容对象，那么在步骤308处，在PIT存储器208中进行查找。如果在PIT存储器208中找到匹配的兴趣(Interest)消息，那么等效的兴趣(Interest)消息已被转发并等待处理。在步骤310处，将新的兴趣(Interest)消息的到达网络接口设备204添加到PIT存储器208中未得到满足的兴趣(Interest)消息的来源列表中，并丢弃该兴趣(Interest)消息。
如果在PIT存储器208中没有找到匹配的内容对象，那么在步骤312处，在FIB存储器206中进行查找。如果在FIB存储器206中找到了匹配的前缀，那么在步骤314处，在PIT存储器208中创建表项以标识兴趣(Interest)消息的到达网络接口设备204，并根据策略规则将该消息传输到针对FIB存储器206中的前缀而注册的一个或多个出站网络接口设备204。要注意的是，其中一个出站网络接口设备204可能实际上连接到使用名称语义来动态地配置新接口的本地代理
如果在前面的步骤中没有找到匹配的内容对象，那么节点设备目前无法满足该兴趣(Interest)消息。在步骤316处，可以根据策略规则处理这种情况。该兴趣(Interest)消息在被丢弃前可能会被短时间保留，且在步骤316处创建新FIB存储器206表项可以提供一种满足该兴趣(Interest)消息的方法。如上所示，CCN内容名称在CCN协议自身的操作中不会被解读，而仅仅是进行匹配。所有对名称或其组成部分的意义的分配来自前缀转发规则中所反映的应用、制度和/或全球公约。
图4示出了处理内容对象(Content Object)消息的流程400。在步骤402处，接收内容对象(Content Object)消息。在步骤404处，在CS 202中进行查找。如果找到匹配的内容对象，那么意味着刚刚到达的内容对象是可以在步骤406处被安全丢弃的副本，因为任何兴趣(Interest)消息都已得到满足，而且新的兴趣(Interest)消息会在CS 202外得到满足。
如果在CS 202上没有匹配的内容对象，那么在步骤408处，在PIT存储器208中进行查找。如果在PIT存储器208中有匹配的内容对象，那么在步骤410处，针对PIT存储器208中所标识的兴趣在所有源网络接口设备204上传输该内容对象。节点设备可以在转发内容对象前对该内容对象进行验证，且可以应用各种策略限制。然后，在CS 202上进行缓存该内容对象。
如果在PIT存储器208中没有找到匹配的内容对象，那么该内容是非请求的。节点设备不会转发非请求的数据。在步骤412处，该非请求的数据可以被丢弃，或者在其随后被请求后可以存储在CS 202中。
CCN FIB存储器206表项可以同时表示多个下一跳目的地。兴趣(Interest)消息和内容对象的自标识性质意味着可以避免循环而不建立生成树，其中生成树针对任何特定节点设备上的任何特定前缀只支持一个目的地。多个出站网络设备接口的可能性意味着在转发消息时可以使用不同的策略来在这些不同的策略中进行选择。CCN节点设备102实施某种策略规则，尽管其仅按顺序传输在所有列出的出站网络接口设备204上的兴趣(Interest)消息。节点设备可以实施诸多不同的策略。策略规则通过FIB存储器206表项来指定。每个FIB存储器206表项可以包含一个约束程序，用于处理对特定前缀进行寻址的兴趣(Interest)消息的转发。
节点设备丢弃在新的兴趣(Interest)消息到达后超时未刷新的PIT存储器208表项。新的兴趣证实，潜在的接收方仍然对接收内容感兴趣。节点设备针对等待处理的PIT表项周期性地重传兴趣(Interest)消息。节点设备可以使用不同的超时来刷新所接收的兴趣(Interest)消息(下行兴趣)的活跃度，其中这些超时还用于重传待处理的兴趣(Interest)消息(上行兴趣)，而且可以使用与不同网络设备接口关联的不同超时。这样，每个节点设备与上行方和下行方均相匹配。
CCN协议没有任何固定长度的字段。CCN数据格式用XML模式来定义，同时通过显式标识的字段边界进行编码。CCN内容名称是分层结构，由多个元素组成。这种设计允许任意长度的字段值、在省略时不会占用任何报文空间的可选字段，以及嵌套结构。使用XML结构并不意味着字段值为文本字符串，也不要求将消息编码为人类可读的文本。大部分字段被定义为包含任意二进制值，包括标识内容的二进制值。
图5示出了典型的兴趣(Interest)消息500的示例。兴趣(Interest)消息500至少包括类型(Type)元素和内容名称(Content Name)元素。类型(Type)元素将消息标识为兴趣(Interest)消息。内容名称(Content Name)元素代表所请求内容的层级名称，并且是兴趣(Interest)消息中唯一必需的元素。兴趣消息500可以包括以下选择器元素—名称(Name)、最小后缀组件(MinSuffixComponents)、最大后缀组件(MaxSuffixComponents)、出版者公钥摘要(PublisherPublicKeyDigest)、排除(Exclude)、子选择器(ChildSelector)、应答源种类(AnswerOriginKind)、范围(Scope)、兴趣生命周期(InterestLifetime)、随机数(Nonce)和接口ID(FaceID)。这些剩下的元素分为若干种类—(1)进一步限制可以匹配兴趣的内容对象的元素(最小后缀组件(MinSuffixComponents)、最大后缀组件(MaxSuffixComponents)、出版者公钥摘要(PublisherPublicKeyDigest)、排除(Exclude))；(2)限制应答可以来自哪里的元素(应答源种类(AnswerOriginKind)、范围(Scope)、兴趣生命周期(InterestLifetime))；(3)当有多个匹配的内容对象时建议选择发送哪些内容的元素(子选择器(ChildSelector))；(4)重复抑制(随机数(Nonce))。
最小后缀组件(MinSuffixComponents)和最大后缀组件(MaxSuffixComponents)是指定前缀中的元素以外的多个名称组件的限制的元素，并对可能发生在匹配的内容对象中的隐式摘要进行计数。出版者公钥摘要(PublisherPublicKeyDigest)元素是一个值，必须等于内容对象(Content Object)中的出版者公钥摘要(PublisherPublicKeyDigest)元素的值才能匹配。排除(Exclude)元素表示响应于兴趣时不应显示为名称前缀的延续的名称组件描述。子选择器(ChildSelector)元素提供了一种表达偏好的方式，即在给定兴趣与给定内容存储库中的多个内容对象相匹配时应该返回哪个内容对象。应答源种类(AnswerOriginKind)元素对若干控制兴趣响应的位字段进行编码。范围(Scope)元素限制兴趣可以传播的地方。兴趣生命周期(InterestLifetime)元素指示兴趣超时前的(大概的)剩余时间。随机数(Nonce)元素携带随机生成的字节串，该字节串用于检测和丢弃重复的兴趣(Interest)消息。接口ID(FaceID)元素可以用于指定转发兴趣的期望出接口。
在CCN架构中，兴趣(Interest)消息用于拉取消息净荷中所标识的数据。所拉取的数据进而被适当地缓存在网络中。作为拉取式架构，CCN架构自然不会支持推送数据。由于兴趣(Interest)消息用于请求数据，所以不可缓存。兴趣(Interest)消息在处理时一般不会被丢弃，而且也不会在CCN架构中进行缓存。但是，IoT应用中的典型原语是可以周期性地触发或基于某些事件而触发的推送通知。本发明提供了使用兴趣型消息的能力以在CCN中推送数据，从而支持IoT应用。推送数据的能力促进了具有各种传感器的IoT应用实施，这些传感器测量针对网络中的可用性的某些参数。
CCN协议用于使用图5中所示的兴趣(Interest)消息来在网络100来拉取数据以按照名称请求数据和响应于该请求向请求者提供数据的内容对象(Content Object)消息。但是，CCN协议在并未首先请求数据的情况下将数据推送到网络100中可能是有益的。在这种场景下，网络100中的实体可以支持从网络100中的源实体接收某些数据。如果CCN协议包括自主推送数据的能力，那么通过支持数据源在并未首先接收数据请求的情况下通过网络100推送数据，网络100的能力会大幅提升。
图6A至图6C示出了一种特殊类型的兴趣(Interest)消息的示例。在图6A中，兴趣通知(Interest-Notification)消息600提供通过网络100推送数据的能力。兴趣通知(Interest-Notification)消息600是一种新型的CCN网络报文，而不是具有与兴趣(Interest)消息相似的形式。兴趣通知(Interest-Notification)消息600包括类型(Type)元素，指示该消息的类型是携带可缓存对象的类型。兴趣通知(Interest-Notification)消息600还包括内容名称(Content Name)元素、可缓存对象本身和安全元数据，包括用于验证可缓存对象的签名。内容名称(Content Name)元素代表推送到网络100中的可缓存对象的层级名称。兴趣通知(Interest-Notification)消息600的可缓存对象元素包括与如上所述响应于兴趣(Interest)消息而发送的内容对象相同的字段。安全元数据字段包括用于验证可缓存对象的签名。图6B和6C示出了兴趣通知(Interest-Notification)消息的另一种变体。在图6B中，兴趣通知(Interest-Notification)消息602将兴趣(Interest)消息与被捎带或封装的可缓存对象进行封装。在图6C中，兴趣通知(Interest-Notification)消息604将内容对象(Content Object)消息与被捎带或封装的可缓存对象进行封装。兴趣或内容对象中的名称可以用于路由至消费终点，而可缓存对象的名称代表发生器用来生成该缓存对象的名称。
图7示出了用于在网络100中推送数据的兴趣通知(Interest-Notification)消息700的替代性示例。兴趣通知(Interest-Notification)消息700包括兴趣(Interest)消息中的类型(Type)元素和名称(Name)元素。兴趣通知(Interest-Notification)消息700还包括通知标志，该通知标志用于将该消息标识为包括可缓存对象。针对可缓存对象，示出了与内容对象的字段相似的示例字段。在该替代性方法中，当前的兴趣(Interest)消息原语用于将该消息标识为兴趣通知(interest-notification)消息。但是，处理逻辑取决于通知标志的值，涉及该消息是处理为兴趣(Interest)消息还是兴趣通知(InterestNotification)消息。对于兴趣通知(Interest Notification)消息600和700而言，其中的可缓存对象指示启用与兴趣(Interest)消息所采用的规则不同的规则。兴趣通知(Interest Notification)消息600和700绕过PIT存储器208处理。兴趣通知(InterestNotification)消息600和700与FIB存储器206中的表项进行匹配，以确定兴趣通知(Interest Notification)消息600和700的路由去向。
图8示出了评估网络100中所接收的消息的流程800。流程800可以由实施CCN协议的网络100中的任何实体来执行。流程800开始于步骤802，即在CCN节点设备102处接收CCN消息。在步骤804中，检查消息的净荷类型。如果消息为内容对象(Content Object)消息，那么在步骤806处，如上所述对该消息进行处理。如果消息为兴趣(Interest)消息，那么在步骤808处，如上所述对该消息进行处理。如果消息为兴趣通知(Interest Notification)消息，那么在步骤810处，根据需要将该消息作为常规兴趣(Interest)消息进行处理，唯一例外的是兴趣通知(Interest Notification)消息不包括在PIT存储器208处理中。另外，在810处，提取包含在该消息中的可缓存对象以在CCN节点设备102处进行缓存。可缓存对象进而变为可用的，供正常的兴趣(Interest)消息进行检索。然后，基于FIB存储器206中的信息将兴趣通知(Interest Notification)消息转发到其它CCN节点设备102，再到支持可缓存对象的终点。
图9示出了网络100中的兴趣通知(Interest Notification)消息900的路由。传感器104a生成置于兴趣通知(Interest Notification)消息900中的可缓存对象。该兴趣通知(Interest Notification)消息通过网络100路由(推送)至IoT服务器108。网络100中的各实体处理兴趣通知(Interest Notification)消息900，并确定该可缓存对象是否要在本地进行缓存以及该兴趣通知(Interest Notification)消息是否要根据FIB存储器206处理进行转发。该可缓存对象可缓存在网络100中的任意位置，包括缓存在其它传感器104、散热单元112以及CCN节点设备102中的一个或多个设备中。在图9所示的示例中，兴趣通知(Interest Notification)消息900被转发至IoT服务器108，其中可缓存对象被缓存在传感器104b、散热单元112a、CCN节点设备102a和CCN节点设备102b中的一个或多个设备上。
在可缓存对象被缓存在网络100中某处的情况下，应用或其它实体，例如客户端106，可以发送常规兴趣(Interest)消息902以请求(拉取)想要的可缓存对象。在图9所示的示例中，兴趣(Interest)消息902通过因特网110、CCN节点设备102d和CCN节点设备102c进行转发以便由CCN节点设备102a进行处理。CCN节点设备102a生成内容对象(ContentObject)消息904，其中包括用于返回到客户端106的可缓存对象。另外，IoT服务器108可以支持持续的通知流。在这种场景下，客户106可以请求(拉取)想要的数据。或者，客户端106可以支持接收周期性通知而非持续流。CCN节点设备102a处的FIB存储器206可以用于发送连续的兴趣通知(Interest-Notification)消息900给IoT服务器108，以及发送周期性兴趣通知(Interest-Notification)消息906给客户端106，而无需让客户端106拉取数据。
如上所述，除了可缓存对象，兴趣通知(Interest-Notification)消息600和700还包括管理在网络中存储可缓存对象的属性。这些属性包括缓存标志和内容生命周期。缓存标志指示可缓存对象是否要缓存在网络100中。在某些情况下，在网络100中推送的数据对时延敏感，因此可能不要求缓存。在其它情况下，在网络100中推送的数据仅需缓存一段时间。内容生命周期属性指示当被缓存在CS 202中时可缓存对象有效的时长。缓存标志和内容生命周期属性提供控制可缓存对象的缓存的能力。
当缓存可缓存对象时，要考虑其它若干因素。兴趣通知(Interest-Notification)消息流可以发送自网络中的许多来源。可缓存对象的缓存可能淹没可用的缓存存储器。为了解决这个问题，可缓存对象可以与内容对象区分开，使得可缓存对象在缓存中比内容对象更频繁地移除和替换。如果缓存被占满，则新的可缓存对象可能进入到使用先进先出机制的缓存中、最近最少使用的缓存中或者使用仅针对可缓存对象的其它优先方案的缓存中。另外一种技术是从逻辑上将缓存分为可缓存对象区和内容对象区。新的可缓存对象放置在可缓存对象区中，旧的可缓存对象从可缓存对象区中移除，其中可缓存对象区仅仅是该缓存中的对该缓存中的内容对象没有影响的可缓存对象区。
图10示出了网络100中的兴趣通知(Interest Notification)消息的优点。兴趣通知(Interest Notification)消息可以标识网络100中的故障链路。在图10的示例中，IoT服务器108期望接收兴趣通知(Interest-Notification)消息1000。但是，所期望的兴趣通知(Interest-Notification)消息1000并未在IoT服务器108处接收。这种不接收可能是IoT服务器108与CCN节点设备102b之间的故障链路所致，或者是CCN节点设备102b中的故障所致。在确定IoT服务器108尚未接收到兴趣通知(Interest-Notification)消息1000时，例如，在超时后或者接收到不按顺序的兴趣通知(Interest-Notification)消息后，IoT服务器108可以生成兴趣(Interest)消息1002以请求丢失的兴趣通知(Interest-Notification)消息中的可缓存对象。兴趣(Interest)消息1002通过CCN节点设备102e和120c进行传播，直到该消息到达可缓存对象所缓存的CCN节点设备102a。CCN节点设备102a生成内容对象(ContentObject)消息1004，该内容对象(Content Object)消息1004包括通过CCN节点设备102c和102e返回到IoT服务器108的丢失的可缓存对象。关于未接收到兴趣通知(Interest-Notification)消息1000的信息可以通过网络100发回以进行补救行动。
图11示出了网络设备1100的实施例，该网络设备1100可以是通过网络100，包括通过根据本发明的SDN ICN交换机，传输和处理数据的任何设备。例如，网络设备1100可以对应或位于上文所述的任意CCN节点设备102中，或者网络100中的任何其它实体中。网络设备1100还可以用于实施或支持上文所述的方案和方法。网络设备1100可以包括一个或多个入端口或者耦合到接收器(receiver，Rx)1112的设备1110，用于从其它网络组件接收信号和帧/数据。网络设备1100可以包括内容感知设备1120以确定将内容发送给哪些网络组件。内容感知设备1120可以通过硬件、软件或软硬件来实施。网络设备1100还可以包括一个或多个出端口或者耦合到发射器(transmitter，Tx)1132的设备1130，用于将信号和帧/数据传输给其它网络组件。接收器1112、内容感知设备1120和发射器1132还可以用于实施上文公开的至少部分方案和方法，这可基于硬件、软件或软硬件。网络设备1100的组件可以如图11所示进行布置，或者按照任何其它配置进行布置。
内容感知设备1120还可以包括可编程内容转发平面块1128和可以耦合到可编程内容转发平面块1128的一个或多个存储块1122。可编程内容转发平面块1128可以用于例如在应用层或L3层实施内容转发和处理功能，其中内容可以基于内容名称或前缀和可能的将内容映射到网络流量的其它内容相关信息进行转发。此类映射信息可以在内容感知设备1120或网络设备1100上的一个或多个内容表格(例如，CS、PIT和FIB)中进行维护。可编程内容转发平面块1128可以解读用户的内容请求，并且例如基于元数据和/或内容名称(前缀)相应地从网络或其它内容路由器提取内容，还可以将内容存储在存储块1122中，例如进行临时存储。可编程内容转发平面块1128进而可以将所缓存的内容转发给用户。可编程内容转发平面块1128可以通过软件、硬件或软硬件来实施，而且可以在IP层或L2层上进行操作。
存储块1122可以包括用于临时缓存内容的缓存1124，例如缓存用户所请求的内容。另外，存储块1122可以包括用于较长时间地存储内容的长期存储1126，例如存储出版者提交的内容。例如，缓存1124和长期存储器1126可以包括动态随机存取存储器(dynamicrandom-access memory，DRAM)、固态驱动器(solid-state drive，SSD)、硬盘或其组合。
图12示出了典型的通用网络组件1200，该通用网络组件1200适用于实施本文公开的组件的一个或多个实施例。上文所述的网络组件可以在任何通用网络组件上实施，例如在具有足够处理能力、存储器资源和网络吞吐量能力的计算机或网络组件上实施，以便处理置于其上的必要负载。网络组件1200包括处理器1202(可以称为中央处理器或CPU)，其与存储器设备进行通信，其中存储器设备包括辅助存储器1204、只读存储器(read onlymemory，ROM)1206、随机存取存储器(random access memory，RAM)1208、输入/输入(input/output，I/O)设备1210和网络连接设备1212。处理器1202可以实施为一个或多个CPU芯片，或者可以是一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)的一部分。
辅助存储器1204一般由一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器组成，用于数据的非易失性存储，并且在RAM 1208没有足够的空间存储所有工作数据时，辅助存储器1204用作溢流数据存储设备。辅助存储器1204可用于在程序被选择执行时存储加载到RAM 1208中的程序。ROM 1206用于存储指令，可能还存储在程序执行期间读取的数据。ROM 1206是非易失性存储设备，一般具有相对于辅助存储器1204的大存储容量来说较小的存储容量。RAM1208用于存储易失性数据，可能还存储指令。访问ROM 1206和RAM 1208一般都快于访问辅助存储器1204。
总而言之，当根据名称进行请求时，CCN将命名的内容从最近的缓存传送给用户，从而遍历更少的网络跳数，消除冗余请求，并总体上消耗更少的资源。如上文所述，CCN现在可以用于在网络中推送数据以存储在缓存中，并且用于提供数据订阅。推送到网络中的数据可以与在网络中所请求的数据区分开。作为请求消息的变体，兴趣通知(Interest-Notification)消息用于将非请求数据发送到网络中。使用所述兴趣通知(Interest-Notification)消息提供了在CCN环境中实施IoT应用的能力。
在某些实施例中，一个或多个设备的部分或所有功能和进程由计算机程序来实施或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码构成并体现在计算机可读介质中。短语“代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括任何类型的能够由计算机访问的介质，例如只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、硬盘驱动器、光盘(compact disc，CD)、数字视频光盘(digital video disc，DVD)或任何其它类型的存储器。
为本专利文档中使用的特定术语和短语进行定义是有帮助的。术语“包括”和“包含”及其衍生词表示没有限制的包括。术语“或者”是包容性的，意味着和/或。短语“相关联”和“与其相关联”及其衍生词意味着包括、被包括在内、相互联、包含、被包括在内、连接到或与……相连、耦合到或与……耦合、可与……通信、与……配合、交织、并置、邻近、绑定到或与……绑定、具有、具有……属性，等等。
虽然本发明就某些实施例和一般相关方法进行了描述，但是对本领域技术人员而言，对这些实施例和方法的更改和交换将是显而易见的。因此，上文对示例实施例的描述并不限定或限制本发明。其它修改、替代以及变更也是可能的，而不偏离如下文权利要求书中所定义的本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种在内容为中心的网络(Content-Centric Networking，CCN)中推送数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述CCN网络中的节点设备的输入接口设备处的来源接收消息，所述节点设备执行CCN协议；
确定所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息，其中所述接收到的消息包括类型(Type)字段、内容名称(Content Name)字段和可缓存对象(CacheableObject)字段，从而被标识为所述兴趣通知(interest-notification)消息，所述类型(Type)字段指示所述接收到的消息是在所述CCN网络中推送数据，所述内容名称(ContentName)字段将层级名称关联到正在所述CCN网络中推送的所述数据，所述可缓存对象(Cacheable Object)字段包括表示正在所述CCN网络中推送的所述数据的可缓存对象；
响应于所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息而提取所述可缓存对象；以及
将所述可缓存对象置于所述节点设备处的缓存中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述兴趣通知(interest-notification)消息作为推送型消息进行处理，而不是作为请求内容对象的拉取型兴趣(interest)消息进行处理，从而绕过待定兴趣的处理；以及
响应于所述处理，通过转发信息库存储器将所述兴趣通知(interest-notification)消息转发给输出接口设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述接收到的消息是请求内容对象的兴趣(interest)消息；
确定所述内容对象是否缓存在所述节点设备处；以及
响应于所述内容对象缓存在所述节点设备处，向所述来源提供所述内容对象。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内容对象是兴趣通知(interest-notification)消息先前置于所述节点设备处的所述缓存中的可缓存对象。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
区分兴趣(interest)消息所请求的所述缓存内容对象与在所述兴趣通知(interest-notification)消息中提供的可缓存对象。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息是一种新型的CCN网络消息，包括兴趣(interest)消息的类型(Type)字段和指示所述CCN网络消息包含可缓存对象的标志(flag)字段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息推送数据给所述CCN网络中的一个或多个节点设备，而所述一个或多个节点设备并未首先请求所述数据。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息包括生命周期(lifetime)字段，指示所述可缓存对象在所述缓存中有效的时长。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息包括缓存标志(cache flag)字段，指示所述可缓存对象是否将被缓存在所述缓存中。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息将兴趣(interest)消息和内容对象中的任一者与所述可缓存对象进行封装。
11.一种在内容为中心的网络(Content-Centric Networking，CCN)中推送数据的装置，其特征在于，所述装置包括：
输入接口设备，用于从来源接收消息，所述装置执行CCN协议；
存储器，用于存储数据和指令代码；
处理器，在执行所述指令代码时，用于：
确定所述接收到的消息是兴趣通知(interest-notification)消息，其中所述接收到的消息包括类型(Type)字段、内容名称(Content Name)字段和可缓存对象(CacheableObject)字段，从而被标识为所述兴趣通知(interest-notification)消息，所述类型(Type)字段指示所述接收到的消息是在所述CCN网络中推送数据，所述内容名称(ContentName)字段将层级名称关联到正在所述CCN网络中推送的所述数据，所述可缓存对象(Cacheable Object)字段包括表示正所述CCN网络中推送的所述数据的可缓存对象；确定所述接收到的消息是否是包括可缓存对象的兴趣通知(interest-notification)消息，
响应于所述接收到的消息是所述兴趣通知(interest-notification)消息而提取所述可缓存对象；以及
内容存储库，用于接收和缓存所述可缓存对象。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
转发信息库存储器，用于标识所述兴趣通知(interest-notification)消息是否还将会在所述CCN网络中转发；
其中所述处理器还用于：
将所述兴趣通知(interest-notification)消息作为推送型消息进行处理，而不是作为请求内容对象的拉取型兴趣(interest)消息进行处理，从而绕过待定兴趣的处理；
将所述兴趣通知(interest-notification)消息转发给由所述转发信息库存储器所标识的输出接口设备。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：
确定所述接收到的消息是请求内容对象的兴趣(interest)消息；
确定所述内容对象是否缓存在所述内容存储库中；
响应于所述内容对象缓存在所述内容存储库中，提供来自所述内容存储库的所述内容对象。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述内容对象是来自先前置于所述内容存储库中的所述兴趣通知(interest-notification)消息的可缓存对象。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述内容存储库区分兴趣(interest)消息所请求的内容对象与在所述CCN网络中推送的兴趣通知(interest-notification)消息中包含的可缓存对象。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息是一种新型的CCN网络消息，包括兴趣(Interest)消息的类型(Type)字段和指示所述CCN网络消息包含可缓存对象的标志(flag)字段。
17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息包括生命周期(lifetime)字段，指示所述可缓存对象在所述内容存储库中有效的时长。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息包括缓存标志(cache flag)字段，指示所述可缓存对象是否将被缓存在所述内容存储库中。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述兴趣通知(interest-notification)消息将兴趣(interest)消息和内容对象中的任一者与所述可缓存对象进行封装。
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