CN111314096A - 一种命名数据网络中的数据推送方法和系统 - Google Patents

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CN111314096A CN202010095872.6A CN202010095872A CN111314096A CN 111314096 A CN111314096 A CN 111314096A CN 202010095872 A CN202010095872 A CN 202010095872A CN 111314096 A CN111314096 A CN 111314096A
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雒江涛
王孟楠
江佐琦
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Abstract

本发明公开了一种命名数据网络中的数据推送方法，命名数据网络包括生产者、消费者和路由结点；所述生产者将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，并向所述路由结点发送数据包；路由结点对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包为紧急数据包时，执行Push转发策略，所述路由结点向周围路由结点或所述消费者均广播所述紧急数据包。本发明在命名数据网络中通过对紧急消息的特殊处理和识别，使用Push转发策略主动广播的方式来对紧急消息进行转发，实现了紧急消息的高效转发。本发明扩展了NDN现有的体系架构，提出同时支持Pull和Push模式的业务架构来解决数据高效传输的问题。

Description

一种命名数据网络中的数据推送方法和系统
技术领域
本发明涉及未来互联网消息传播领域，具体涉及一种命名数据网络中的数据推送方法和系统。
背景技术
随着互联网技术不断发展,基于“主机到主机”通信方式的TCP/IP体系结构逐渐暴露出其诸多方面的不适性：可靠性、安全性和移动性均无法满足网络的发展需求。为了解决现有IP网络存在的各方面问题，专家学者研究人员提出应开发出一个全新的网络架构取代现在的TCP/IP网络协议，于是2010年由美国国家科学基金会(National ScienceFoundation，NSF)发起了未来网络架构研究项目。研究人员先后提出了各种方案，其中命名数据网络(Named Data Networking,NDN)将内容本身看作网络中的主导实体，采取基于内容的架构颠覆了当前基于主机的网络架构，因而成为未来研究中一个具有代表性的网络架构。
在NDN中有两类角色，分别是消费者和生产者。并设计了2种协议包：兴趣包(Interest)和数据包(Data)，用于探寻路径和接收数据内容。内容均由名字作为标识，消费者若要请求某内容，则产生带有相应名字的兴趣包，通过网络转发，到达存有此内容的结点，此结点收到兴趣包后，沿着此兴趣包的反向路径返回携带相应名字的数据包。因此，NDN的通信是由数据消费者驱动的网络即拉(Pull)机制。
NDN中通信最初的设计仅支持Pull模式，这对实时业务或者紧急消息的传播来讲效率严重不足。比如在车联网中，实现与安全相关的紧急消息的传播速度应该是第一位的，但现有的Pull模式传播效率远远不够。因此，本发明扩展NDN现有的体系架构，提出同时支持Pull和Push模式的业务架构来解决数据高效传输的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有命名数据网络中Pull模式对实时业务或紧急消息的传播效率低，目的在于提供一种Push通信模式的转发机制来对命名数据网络中紧急消息的转发，解决命名数据网络中如何有效提高实时业务或紧急消息传播速率的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种命名数据网络中的数据推送方法，命名数据网络包括生产者、消费者和路由结点；所述生产者将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，并向所述路由结点发送数据包；路由结点对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包为紧急数据包时，执行Push转发策略，所述路由结点向周围路由结点或所述消费者均广播所述紧急数据包。
命名数据网络(NDN)的生产者在对消息进行封装成数据包时，将普通消息和紧急消息区别处理，将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，将含有普通消息的数据定义为普通数据包，并向周围所有的路由结点发送数据包。路由结点收到数据包后，对其进行判断，若收到的数据包是普通数据包，就按常规转发策略(即Pull通信模式)进行转发，若收到的数据包是紧急数据包，就按Push转发策略的通信模式，向周围所有的路由结点或者消费者进行转发，实现了紧急消息的高效转发。通过将紧急数据包和普通数据包分别以不同的转发策略进行转发，扩展了NDN现有的体系架构，实现了同时支持Pull模式和Push模式的业务架构来解决数据高效传输的问题。
进一步的，所述紧急数据包包括紧急标签字段Tag，路由结点对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包中含有紧急标签字段Tag时，则所述收到的数据包为紧急数据包。通过数据包中是否含有紧急标签的字段来确定此数据包是普通数据包或紧急数据包。
进一步的，所述紧急数据包包括随机数字段Nonce，路由结点根据所述紧急数据包中的随机数字段Nonce，判断所述紧急数据包是否重复；若所述紧急数据包未重复，则执行Push转发策略。当所述紧急数据包重复时，丢弃所述收到的数据包。通过在紧急数据包中加入随机数字段Nonce来防止广播风暴的产生。
进一步的，命名数据网络中任一路由结点包括内容存储CS、待定兴趣表PIT和转发信息库FIB，所述路由结点对收到的数据包进行如下处理：
S1：对收到的数据包进行判断；
S2：当所述收到的数据包为非本地信令包，且所述收到的数据包为紧急数据包时，转入步骤S3；当所述收到的数据包为非本地信令包，且当所述收到的数据包为普通数据包时，转入步骤S4；当所述收到的数据包为本地信令包时，放弃转发收到的数据包。
S3：当所述紧急数据包未重复，且所述内容存储CS中未有同样的数据包时，将所述紧急数据包插入所述内容存储CS中，并执行Push转发策略，向周围路由结点或所述消费者发送所述紧急数据包；当所述内容存储CS中有同样的数据包时，丢弃所述收到的数据包。
S4：当所述普通数据包与所述待定兴趣表PIT匹配时，将所述普通数据包插入所述内容存储CS中，并标记满足待定兴趣表PIT，并转发所述普通数据包。当所述普通数据包与所述待定兴趣表PIT不匹配时，丢弃所述收到的数据包。
进一步的，一种命名数据网络中的数据推送系统，包括：
数据生产单元：用于将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，并向路由结点单元发送数据包；
路由结点单元：用于对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包为紧急数据包时，执行Push转发策略，向周围路由结点单元或数据消费单元均广播所述紧急数据包。
数据消费单元：用于接收所述紧急数据包。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提出了同时支持Pull和Push模式的业务架构，扩展了命名数据网络现有的体系架构。本发明提高了命名网络中实时业务或者紧急消息的传播速度，拓宽了命名数据网络的应用范围，有利于命名数据网络在各种网络中的推广和应用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为紧急数据包的结构示意图；
图2为本发明转发策略框架示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
一种命名数据网络中的数据推送方法，命名数据网络包括生产者、消费者和路由结点；命名数据网络的生产者将含有紧急消息的数据包中加入一个紧急标签字段Tag，来表明紧急数据包，如图1所示。路由结点对收到的数据包进行转发之前，先通过一个鉴别器来判断收到的数据包是紧急数据包还是普通数据包，对两种数据包采用不同的转发策略。当路由结点鉴别器识别到收到的数据包中含有紧急标签字段Tag时，则说明收到的数据包是紧急数据包，执行Push转发策略,路由结点向周围路由结点或消费者均广播紧急数据包。当路由结点鉴别器没有识别到紧急标签字段Tag时，则说明收到的数据包是普通数据包，执行常规的Pull转发策略。通过将紧急数据包和普通数据包分别以不同的转发策略进行转发，实现了紧急消息的高效传输，同时也扩展了NDN现有的体系架构，实现了同时支持Pull模式和Push模式的业务架构来解决数据高效传输的问题。如图1所示，在紧急数据包中还加入了随机数字段Nonce，路由结点根据紧急数据包中的随机数字段Nonce是否重复来判断紧急数据包是否重复；若紧急数据包未重复，则继续执行Push的转发策略，若紧急数据包重复了，则丢弃收到的数据包。通过在紧急数据包中加入随机数字段Nonce来有效防止广播风暴的产生。
命名数据网络中任一路由结点包括内容存储CS、待定兴趣表PIT和转发信息库FIB，如图2所示，路由结点对收到的数据包进行如下处理：
S1：对收到的数据包进行判断；
S2：当收到的数据包为本地信令包(或用于本地节点管理的)时，放弃转发收到的数据包，当收到的数据包为非本地信令包，且收到的数据包为紧急数据包时，转入步骤S3；当收到的数据包为非本地信令包，且当收到的数据包为普通数据包时，转入步骤S4。
S3：当紧急数据包未重复，且内容存储CS中也没有同样的数据包时，将紧急数据包插入内容存储CS中，并执行Push转发策略，向周围路由结点或消费者发送紧急数据包；当内容存储CS中有同样的数据包时，丢弃收到的数据包。
S4：当普通数据包与待定兴趣表PIT匹配时，将普通数据包插入内容存储CS中，并标记满足待定兴趣表PIT，并转发普通数据包。当普通数据包与待定兴趣表PIT不匹配时，丢弃收到的数据包。
在数据包转发之前增加一个数据包鉴别器来区分数据包是普通数据包还是紧急数据包，并且路由器会使用专门的管道来处理采用Push模式的数据包。
在命名数据网络中，任何节点都可以发送消息传达给周围的其他节点。封装的紧急消息直接进入Data包，设置紧急标签字段，并将数据包发送出去。当中间节点接收到数据包后，首先使用鉴别器来判断数据包携带的信息是否是正确的紧急消息，判断的标准是数据包是否包括紧急标签字段。如果它是一个普通的数据包，则根据共同转发策略进行处理，如果是紧急数据，数据包存储在CS中，不丢弃并根据需要转发。
本发明尤其适应用于车连网中，车辆或路侧单元(RSU)通过本发明的Plush通信模式，能够及时高效的收到最新的路况信息。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，命名数据网络包括生产者、消费者和路由结点；所述生产者将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，并向所述路由结点发送数据包；路由结点对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包为紧急数据包时，执行Push转发策略，所述路由结点向周围路由结点或所述消费者均广播所述紧急数据包。
2.根据权利要求1所述的命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，所述紧急数据包包括紧急标签字段Tag，路由结点对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包中含有紧急标签字段Tag时，则所述收到的数据包为紧急数据包。
3.根据权利要求1或2所述的命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，所述紧急数据包包括随机数字段Nonce，路由结点根据所述紧急数据包中的随机数字段Nonce，判断所述紧急数据包是否重复，若所述紧急数据包未重复，则执行Push转发策略。
4.根据权利要求3所述的命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，命名数据网络中任一路由结点包括内容存储CS、待定兴趣表PIT和转发信息库FIB，所述路由结点对收到的数据包进行如下处理：
S1：对收到的数据包进行判断；
S2：当所述收到的数据包为非本地信令包，且所述收到的数据包为紧急数据包时，转入步骤S3；当所述收到的数据包为非本地信令包，且当所述收到的数据包为普通数据包时，转入步骤S4；
S3：当所述紧急数据包未重复，且所述内容存储CS中未有同样的数据包时，将所述紧急数据包插入所述内容存储CS中，并执行Push转发策略，向周围路由结点或所述消费者发送所述紧急数据包；
S4：当所述普通数据包与所述待定兴趣表PIT匹配时，将所述普通数据包插入所述内容存储CS中，并标记满足待定兴趣表PIT，并转发所述普通数据包。
5.根据权利要求4所述的命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，当所述收到的数据包为本地信令包时，放弃转发所述收到的数据包。
6.根据权利要求4所述的命名数据网络中的数据推送方法，其特征在于，当所述紧急数据包重复时，或当所述内容存储CS中有同样的数据包时，或当所述普通数据包与所述待定兴趣表PIT不匹配时，丢弃所述收到的数据包。
7.一种命名数据网络中的数据推送系统，其特征在于，包括：
数据生产单元：用于将含有紧急消息的数据包定义为紧急数据包，并向路由结点单元发送数据包；
路由结点单元：用于对收到的数据包进行判断，当所述收到的数据包为紧急数据包时，执行Push转发策略，向周围路由结点单元或数据消费单元均广播所述紧急数据包。数据消费单元：用于接收所述紧急数据包。
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李继蕊等: "物联网环境下数据转发模型研究", 《软件学报》 *

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