CN111464444B - 一种敏感信息的分发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种敏感信息的分发方法，它包括以下步骤：（a）在边缘计算环境下，利用ICMP检测所要发送方向的网络状态；（b）发送报文信息；根据所发报文的反馈信息修正其所掌握的网络状态，再根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略选择模型来切换报文信息传输策略；所述报文传输策略选择模型为基于权重的长短期记忆模型和基于深度学习的报文传输策略模型。从而可以对网络带宽资源实现合理调度，对传输过程实施有效管控。

Description

一种敏感信息的分发方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，涉及一种敏感信息的分发方法，具体涉及弱连接网络环境下的敏感信息的分发方法。
背景技术
在时敏信息(时间敏感网路信息)分发方面，分布计算中间件等相关领域开展了较深入研究。例如，DDS(Data Distribution Service for Real-time Systems)定义了以数据为中心的发布/订阅机制，提供了强大的数据服务质量QoS控制策略，实现了分布式实时系统中数据高效、实时、可靠的发送。目前比较流行的DDS商业产品和开源软件包括美GRTI公司的NDDS、美GPrismTech公司的OpenSpliceDDS、OCI开源软件OpenDDS等，已经广泛应用于国防、电信、航空、工业自动化等领域，典型应用案例包括洛克希德马丁公司Aegis军械系统、德国GRoboScout机器人侦查车内部通讯系统、NASA智能机器人系统等等。
DSA(Distributed Systems Annex of Ada)为软件开发者提供了一个极易构建分布式系统的软件框架，它将分布式这一特性整合成Ada语言抽象范式的一个自然延伸；OMG组织发布的实时CORBA规范以弥补普通CORBA规范对实时信息传输方面支持的不足，为开发者提供资源管理、系统可预测性以及实时通信方法的支持，进而满足软实时和硬实时系统的QoS需求，被广泛应用于实时控制、实时仿真等领域。此外，由于时敏信息的特殊性，对如何高效利用网络带宽提出了新的要求，诞生于上个世纪70年代、面向低带宽网络环境所设计的TCP/IP协议面临挑战，近年来涌现了RBUDP(Reliable Blast UDP)、Tsunami、UDT(UDP-Based Data Transfer)等基于UDP的高速传输协议以及Google BBR等针对TCP协议的改进。
在弱连接环境(如无线自组网络)下的路由选择方面，目前主要的路由协议可以分为表驱动路由和按需路由两种。在时敏信息传输方面，国内学术界早期主要结合实时中间件等相关技术开展研究，例如国防科技大学在上个世纪末即针对实时中间件技术开展攻关，突破了分布计算环境下优先级映射、防优先级翻转等关键技术，开发了实时中间件StarBus-RT。近年来，结合无线传感器网络等应用场景，南京大学、香港理工大学等多家研究机构在Ad hoc网络的路由协议和路由技术方面取得了一系列研究成果。但是，由于特殊环境弱连接网络本身固有的不确定性，此类网络传输过程中QoS约束的实现，以及时敏信息的传输如何在机动环境下进行优化具有较大的挑战性。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种敏感信息的分发方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种敏感信息的分发方法，它包括以下步骤：
(a)在边缘计算环境下，利用ICMP检测所要发送方向的网络状态；
(b)发送报文信息；根据所发报文的反馈信息修正其所掌握的网络状态，再根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略选择模型来切换报文信息传输策略；所述报文传输策略选择模型为基于权重的长短期记忆模型和基于深度学习的报文传输策略模型。
优化地，步骤(b)中，所述网络状态由网络感知算法计算获得。
进一步地，步骤(b)中，所述长短期记忆模型通过长短期记忆判断网络状况，依据预定义的策略表切换传输策略；所述报文传输策略模型是以前期积累的恶劣真实环境下各类报文传输数据和传输策略信息进行训练，建立报文传输过程特征到传输策略的端到端模型。
进一步地，步骤(b)中，根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略，在线调整报文分片大小。
进一步地，步骤(b)中，当网络中任一个节点出现异常，终止报文发送，并记录下报文的当前完成位置；待所述网络节点恢复正常时，在对应所述完成位置开始继续传输直至报文发送完成。
进一步地，步骤(b)中，通过缓存、处理、转发多并发流水模型，建立多个线程同时并发传输报文。
优化地，步骤(b)中，还对所述报文信息和报文信息处理过程的优先级进行赋值，以对所述报文信息传输过程和信息队列进行调度。
优化地，步骤(b)中，发送报文信息采用网络层和应用层相结合的多径路由方式。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明敏感信息的分发方法，通过在发送报文前进行ICMP检测，并在发送报文时采用不同报文传输策略选择模型进行报文信息传输，从而可以对网络带宽资源实现合理调度，对传输过程实施有效管控。
附图说明
图1为本发明敏感信息的分发方法流程示意图；
图2为本发明敏感信息的分发方法在弱连接网络环境下的断点续传示意图；
图3为本发明敏感信息的分发方法中消息分级示意图；
图4为本发明敏感信息的分发方法中多径路由示意图：(a)兼作接收者和发送者的节点；(b)消息发送过程中的网络演化片断。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
如图1所示敏感信息的分发方法，它包括以下步骤：
(a)在边缘计算环境下，利用ICMP(Internet Control Message Protocol，即控制报文协议)检测所要发送方向的网络状态。在边缘计算环境下，需要具备根据网络环境对时敏信息进行传输策略(如报文分片大小)学习的能力，从而保证其能够在不同网络环境下提供可靠数据传输同时，提高数据传输速率和传输质量。
(b)发送报文信息；根据所发报文的反馈信息修正其所掌握的网络状态，再根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略选择模型来切换报文信息传输策略；所述报文传输策略选择模型为基于权重的长短期记忆模型和基于深度学习的报文传输策略模型。具体而言，在发送报文之前，通过ICMP检测所要发送方向的网络服务带宽，然后在报文发送过程中，实时地根据当前发送报文的反馈信息修正其所掌握的当前网络带宽、误码率等知识，再根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略选择模型来切换报文传输策略；因此通过构建基于权重的长短期记忆模型和基于深度学习的报文传输策略模型选择两种方法实现上述目标：前者通过长短期记忆判断当前网络状况，依据预定义的策略表切换传输策略；后者将基于项目组前期已经积累的大量较恶劣真实环境下各类报文传输数据和传输策略信息进行训练，建立报文传输过程特征到传输策略的端到端模型。上述过程中网络状况感知算法的引入，可以有效地了解网络环境，从而有针对性地对报文传输过程进行调优。在传统的数据传输服务中，报文分片大小是固定的；但是，当网络带宽较小、误码率较高时，过大的报文分片会导致反复重试、降低报文发送的成功率；而当网络带宽较大、误码率较低时，过小的报文分片又会导致报头和报尾等开销过多、降低吞吐量。本申请中通过引入报文分片大小在线调整机制，根据前述实时网络状况感知的结果，有针对性的调整报文分片大小，从而在当前网络状态下达到最佳性能。在此基础上，进一步引入分片大小在线学习模型：根据当前网络情况，对不同的参数赋予不同的权重值，判断下一封报文合适的分片大小，并根据实际结果调整权重值；通过切换分片模型，可使得信息传输达到最佳传输效果。
机动环境下网络拓扑随时可能发生变化、信道随时可能会受到干扰，甚至正在进行数据传输的连接随时可能会断开，这些异常均会导致信息发送异常或错误。为了保证在网络环境出现异常情况下报文能够传递给接收方，需要解决消息断点续传问题。在本实施例中，消息断点续传是在消息传输时通过多级状态确认和跟踪来实现可靠传输：当某一个节点出现异常，消息发送操作会终止，并记录下报文的当前完成位置(即检查点)，这样当传输恢复正常时，就能从此位置开始继续传输，使报文最终能安全、完整到达对方服务；在断点续传的基础上，进一步引入流水并发模型：在消息转发过程中，通过缓存、处理、转发多并发流水模型，建立多个线程同时并发传输，优化报文传输过程、提高传输效率(如图2所示)。
在机动环境下，网络中可能充斥着各类信息，这些信息将竞争网络资源。要保证时敏消息的传输时间约束、优先传递时敏信息，在本实施例中，对消息和消息处理过程的优先级进行赋值，在此基础上对的消息传输过程和消息队列进行调度。在多跳路由的情况下，消息的传递将跨越多个节点；为避免消息优先级翻转，要保证每一跳消息的传递都继承前一跳的消息优先级，并在消息中间节点的消息处理过程中根据实际传输时间和其它参数进行适当补偿，实现端到端的实时属性(即端到端的优先级赋值和防优先级翻转)。在本申请中，消息初始的优先级由消息传输的时间约束映射而得，而中间节点消息处理过程的优先级拟由如下一些策略确定，这些策略分别适用于不同的场景：
(1)无优先级
消息处理函数没有优先级代表着该消息处理函数所要处理的消息没有任何时间相关的服务质量的设置，因此可以认为该消息的优先级最低。
(2)继承消息传输优先级
在当前消息传递完全按照预期在进行时(如时延与预期时延的偏差小于阈值)，且消息无需在节点上排队的情况下，消息处理函数将直接继承消息传输优先级的实时属性。
(3)考虑消息传输延迟控制的优先级
在大并发环境消息往往需要在节点上进行排队，记录该消息进入队列的初始时间为T1，消息开始处理的时间为T2，对该消息设定的消息传输延迟为T3，当前消息优先级、最大消息优先级、最小消息优先级分别记为maxP、minP和currentP。本申请拟根据时间的变化消息处理函数的优先级进行动态的调整，具体调整函数如下：
Figure BDA0002430455150000041
(3)基于时间过滤的优先级
该策略针对一类特殊的时敏信息：在一段时间内只要成功发送一条该类别的消息就能完成这一发送任务。项目拟对其进行以下处理：当消息在某一节点进入待处理队列时，如果在T1～T1+T2这一段时间中，如果有同类消息进入队列，则直接将其丢弃。
对应的消息队列调度策略如下：对消息队列按优先级进行划分：1)普通消息队列，即处理不带任何实时属性的消息队列；2)固定优先级的消息队列，即处理带优先级这一实时属性的消息队列；3)优先级动态变化的消息队列，即处理消息传输延迟控制、自动夭折和基于时间过滤的消息队列(如图3所示)。
对消息队列进行优先级的划分后，采用先进先出调度策略、按优先级调度和时间轮转调度相结合的混合调度策略。对于上述三个不同优先级的消息队列，具体实现方法如下：(1)普通消息队列只有等固定优先级的消息队列和优先级动态变化的消息队列都为空时才会被系统处理，且采用的是先进先出的调度策略；(2)而当固定优先级的消息队列或是优先级动态变化的消息队列不为空时，将采用按优先级调度和时间片轮转调度相结合的调度策略(本申请中的时间轮转调度指的是在固定优先级消息队列和动态变化的消息队列之间的时间轮转，即系统在第一个时间片内处理固定优先级消息队列中的消息，采用按优先级调度的策略，即优先级高的消息优先被处理。当该时间片快要结束时，优先级动态变化的消息队列会对队列中所有的消息的优先级进行计算并按该计算结果对队列中消息进行排序。当到达第二个时间片时，系统会按照先前计算的优先级结果对优先级动态变化的消息队列中的消息进行处理，采用的是按优先级调度的策略)。这样的混合调度策略具有以下有点：(1)能够确保处理实时消息优先执行；(2)能够很好的处理优先级动态变化的消息，因为处理消息传输延迟控制、自动夭折和基于时间过滤的消息的优先级数值是随着时间不断变化的，显然不能一直对其进行优先级数值的计算并对其按优先级数值的大小进行排序，否则会导致系统性能的下降。而按照本申请提出的调度方法能够兼顾消息优先级的动态变化和系统的性能。
对于以无线链接为主的机动弱连接环境，信息的传输可能需要经过多跳。这种节点对等的分布式无线通信网络具有强抗毁性和自组织能力，但同时也对如何选择信息传送的中间节点、形成信息传送路径提出了挑战。即在机动环境下往往并存多种传输链路，各种链路的特点(如带宽、时延、误码率)不尽相同，同时数据的传播可能跨越多个节点，可能需要进行中继等手段；如何适应链路和整个网络的拓扑结构，在应用层提供高效传递时敏信息的基础性手段是重要研究方向，因此本申请采用网络层和应用层相结合的时敏信息多径路由方法。
本申请在网络层，采用基于现有软硬件采用成熟的单径路由协议。具体而言，在相对稳定场景下，采用静态路由或表路由协议，在高度动态环境中根据具体硬件情况采用按需路由协议或层次化混合路由协议。表路由和按需路由的定义如下：
(1)表驱动路由，其基本思想是每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路由表，源节点一旦需要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由。当网络拓扑结构发生变化时，节点通过发送更新消息来更新由表，并把这个更新消息传遍整个网络，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。表驱动路由协议可以实现较低的端到端时延，但是为了计算路由而周期性广播信标会产生较大的网络开销，代表性协议是DSDV(DestinationSequenced Distance Vector)、WRP(Wireless Routing Protocol)等。
(2)按需路由，一般包括路由发现和路由维护两个阶段：当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时，如果没有到达目标节点的路由，则必须先以广播的形式发出消息进行寻路。按需路由没有周期性广播控制消息，因此相比表驱动路由降低了路由开销，极大的节省了网络带宽，但如果在发送数据包的时候，找不到可用的路由路径信息，需要发起路由搜索，因此端到端时延可能比较高。代表性协议是AODV(Ad Hoc On-Demand DistanceVector Routing)、DSR(Dynamic Source Routing)等。近年来出现的诸如ZRP(ZoneRouting Protocol)等混合路由协议综合了按需驱动路由与表驱动路由的思想，它们通常将网络划分为多个区域，对于域内节点采用表驱动路由，域间交互则需要采用按需路由进行查找，从而在通信开销和寻路时延之间找到一个平衡点；地理位置辅助的路由则利用目前大量的通信节点都具有定位装置这一特点，利用位置信息优化路由性能，代表性协议包括GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)、LAR(Location-Aided Routing)等。
本申请在应用层，采用基于多主体和角色切换的多径路由技术(即基于扩散传播的理念技术)。通过动态变化的发送者和接收者集合以及二者之间分割路径的不断增长，来实现多路径并发传输，来满足信息传递的时间要求。这一协议对网络层协议并没有特殊要求，与网络层一起在机动环境下实现提高传输效率、保证传输可靠性的目标。具体而言，应用层将区分广播消息和单播消息两种情况。对于广播消息，由于不同链路之间的网络状况不同，可能出现不同节点接收广播的时敏消息的时间差距较大。在这一情况下，接收完毕的节点可以充当发送节点，向其它接收节点发送根据节点ID Hash之后确定的报文分片，使得同一报文可以由多个发送者向多个接收者并行发送。对于有1个节点向n-1个节点广播的情况，发送者集合中的节点数目将从1逐渐增长，而接收者集合中节点数目将最后减少到0。由于有多个发送源，这一方式可以显著提高信息的发送效率，其具体过程如图4所示，其中图(a)说明了接收者在接收完毕后如何兼任发送者，图(b)则是某一消息发送过程中特定时刻所处的状态，此时多个接收进行已经完成接收，并作为发送者开始向其它接收者传送报文。对于单播消息，将引入若干通信带宽良好的骨干节点作为接收方，从而将单播问题变为广播问题。由于骨干节点通常能快速完成报文接收，因此到后期实际是多个发送方向一个接收方进行发送，从而最大程度利用弱连接情况下的网络带宽，这样可以显著提高报文传输效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种敏感信息的分发方法，所述敏感信息为时间敏感网路信息，其特征在于，包括以下步骤：
（a）在边缘计算环境下，利用ICMP检测所要发送方向的网络状态；
（b）发送报文信息；根据所发报文的反馈信息修正ICMP所掌握的网络状态，再根据事先建立或在线学习得到的报文传输策略选择模型来切换报文信息传输策略，以在线调整报文分片大小；所述报文传输策略选择模型为基于权重的长短期记忆模型和基于深度学习的报文传输策略模型；所述长短期记忆模型通过长短期记忆判断网络状况，依据预定义的策略表切换传输策略；所述报文传输策略模型是以前期积累的恶劣真实环境下各类报文传输数据和传输策略信息进行训练，建立报文传输过程特征到传输策略的端到端模型。
2.根据权利要求1所述敏感信息的分发方法，其特征在于：步骤（b）中，所述网络状态由网络感知算法计算获得。
3.根据权利要求1所述敏感信息的分发方法，其特征在于：步骤（b）中，当网络中任一个节点出现异常，终止报文发送，并记录下报文的当前完成位置；待所述网络节点恢复正常时，在对应所述完成位置开始继续传输直至报文发送完成。
4.根据权利要求3所述敏感信息的分发方法，其特征在于：步骤（b）中，通过缓存、处理、转发多并发流水模型，建立多个线程同时并发传输报文。
5.根据权利要求1所述敏感信息的分发方法，其特征在于：步骤（b）中，还对所述报文信息和报文信息处理过程的优先级进行赋值，以对所述报文信息传输过程和信息队列进行调度。
6.根据权利要求1所述敏感信息的分发方法，其特征在于：步骤（b）中，发送报文信息采用网络层和应用层相结合的多径路由方式。
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