CN112351075B - 一种基于内容中心网络的联合移动管理方法及系统 - Google Patents

一种基于内容中心网络的联合移动管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于内容中心网络的联合移动管理方法及系统；所述方法包括将内容中心网络分域，内容提供者在区域中绑定代理节点；代理节点实时计算内容提供者所提供内容的流行度列表；内容提供者移动前向代理节点发送移动通知信息，代理收到后向内容提供者请求流行度列表靠前的内容，代理节点将数据包存储在区域内的缓存节点处；移动期间消费者从缓存节点处获取内容，未在缓存节点处缓存命中的兴趣包将转发至PAR中缓存；移动完成后内容提供者向PAR发送更新请求包；收到更新请求包的中间节点和PAR分别更新相关FIB表进行数据传输；本发明能满足消费者请求，并缩短内容获取时延；按照分域方式能提高缓存命中率。

Description

一种基于内容中心网络的联合移动管理方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于内容中心网络(Content CentricNetwork,简称CCN)的联合移动管理方法及系统。
背景技术
CCN网络作为信息中心网络(Information-Centric Networking，简称ICN)中最具代表性的架构之一，受到了学术界的广泛关注。CCN网络由接收者驱动，其通信依赖于两种类型包：兴趣包(Interest Packet)与数据包(Data Packet)，每种包的首部都有一个内容名称，用来标记消费者的请求内容。消费者通过发送带有内容名的兴趣包以对该内容进行请求，内容提供者或缓存节点返回相应的数据包进行响应。
由于CCN接收者驱动的特性，消费者移动后只需要重新向网络发送未满足的兴趣包请求，而内容提供者移动则是个更为复杂的问题，其接入点一旦发生变化，全网的路由信息都将变得无效，将导致消费者的兴趣包无法正常完成交付。因此，如何有效解决由于CCN内容提供者移动造成的兴趣包丢失和用户内容获取时延过长的问题，成为了学术界争相讨论的话题。
现有针对CCN中内容提供者移动的解决方案中，都只从主动推送缓存和移动节点发现这两类方案之一进行研究，无法同时兼顾请求交付率和用户内容获取时延。例如，在主动推送缓存方式下，对于已缓存内容的用户请求将直接由缓存节点提供所需内容，该部分用户请求的响应时延大大缩短，但是由于路由器缓存空间有限，仍然存在大量未在中间节点处缓存命中的兴趣包，在内容提供者位置变化的情况下，该部分兴趣包的丢失率非常高。同样，移动节点发现方式普遍存在传输路径延伸，请求响应时延较长的问题。
发明内容
基于现有技术存在的问题，综合考虑两种方案的优缺点，针对CCN网络中内容提供者移动问题，本发明提出主动推送缓存和移动节点联合管理方案，具体为一种基于内容中心网络的联合移动管理方法及系统，由于同一个内容在不同域的流行度不同，所以本发明对网络进行分域，然后内容提供者根据在不同域代理的流行度分别向不同的域推送不同的内容来提高缓存命中率，在节点移动发现方式下，本发明将内容提供者原接入点作为锚点，采用基于FIB更新的重定向方式，伴以集中器进行辅助查询，以提高请求交付率为基本目标，进一步缩短内容获取时延，形成一套完整的移动管理机制。
本发明采用如下技术方案：
在本发明的第一方面，本发明提供了一种基于内容中心网络的联合移动管理方法，所述方法包括以下步骤：
将内容中心网络分域，内容提供者在各个区域中绑定有一个代理节点，一个区域内包括一个或多个代理节点；
内容提供者稳定期间，各个区域的代理节点分别记录其区域内的关于内容提供者所提供内容的请求数量，并实时计算出所提供的内容的流行度，产生流行度列表；
内容提供者移动前，向各区域内的代理节点发送移动通知信息，各区域代理节点收到该消息后向内容提供者请求流行度列表靠前的内容，接收到数据包的代理节点通过广播方式将所述数据包存储在区域内的缓存节点处；
内容提供者移动期间，消费者从区域内的缓存节点处获取内容，未在缓存节点处缓存命中的兴趣包将转发至内容提供者原来的接入路由器PAR中缓存；
内容提供者移动完成，向其PAR发送移动更新请求包；收到更新请求包的中间路由器和PAR分别更新相关FIB表；缓存在PAR中的兴趣包将通过PAR转发至NAR到达内容提供者，所述内容提供者按照原路由返回数据包。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，采用代理节点对内容中心网络中内容提供者移动过程的数据传输过程进行管理；所述联合移动管理系统具体包括区域划分模块、代理节点绑定模块、代理请求模块、PAR传输模块、NAR传输模块；
所述区域划分模块用于将中心网络分域；
所述代理节点绑定模块用于将内容提供者在一个或多个区域绑定代理节点；
所述代理请求模块用于向请求流行度列表靠前的内容；并将从内容提供者获取的内容广播给缓存节点处；
所述PAR传输模块用于缓存未在缓存节点处缓存命中的兴趣包以及传输至所述NAR传输模块；
所述NAR传输模块用于向内容提供者转发兴趣包以及从内容提供者接收数据包并转发至PAR传输模块。
本发明的有益效果：
本发明按照内容属性进行分域，内容提供者在一个或多个区域中绑定有一个代理节点；内容提供者根据在不同域代理的流行度分别向不同的域推送不同的内容，这种分域代理进行推送的方式能够来提高缓存命中率。
本发明通过将主动推送缓存和移动节点发现结合，在最大限度满足消费者请求，即提高请求交付率的同时，又能缩短消费者内容获取时延，提升消费者体验质量。
附图说明
图1为本发明的基于内容中心网络的联合管理的通信架构模型图；
图2为本发明的基于内容中心网络的移动管理方法流程图；
图3为本发明的消费者获取内容的路由路径传输图；
图4为本发明的内容提供者向消费者提供内容的通信信令图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明中基于内容中心网络的联合管理的通信架构模型图，如图1所示，所述通信架构模型包括内容提供者、消费者以及代理节点；这里的内容提供者是包含服务内容的内容源；这里的消费者指的是想要从内容提供者获取服务内容的请求者；这里的代理节点可以是虚拟代理也可以实体代理，包括代理服务器等；消费者通过路由方式向内容提供者请求内容。
在上述通信架构的情况下，本发明提供了一种基于内容中心网络的联合管理方法，能够结合主动推送和移动发现，设置代理节点来管理内容中心网络中内容的获取，如图2所示，所述方法包括以下内容：
将内容中心网络分域，内容提供者在各个区域中都各自绑定有一个代理节点，一个区域内包括一个或多个代理节点；
如图1所示，为了方便展示，在一个内容中心网络中，包括三个区域，分别表示为区域A、区域B和区域C。
划分区域的依据可以根据内容的属性进行，假设区域A是学校，区域B是医院，区域C是工厂；由于该区域内的内容提供者所能提供的内容服务一般具有特定性，所以按照内容的属性来划分区域更够提高内容缓存命中率。
本发明中每个区域设置一个代理，区域A设置了代理MA1，区域B设置了代理MA2，区域C设置了代理MA3；内容提供者分别与区域A的代理MA1、区域B中的代理MA2以及区域C中的代理MA3进行绑定。
内容提供者稳定期间，各个区域的代理节点分别记录其区域内的关于内容提供者所提供内容的请求数量，并实时计算出所提供的内容的流行度，产生流行度列表；
消费者获取内容包括了多种方式，比如缓存内容获取、重定向路径获取以及更新路径获取。
内容提供者移动前，向各区域内的代理节点发送移动通知信息，各区域代理节点收到该消息后向内容提供者请求流行度列表靠前的内容，接收到数据包的代理节点通过广播方式将所述数据包存储在区域内的缓存节点处；
在这个过程中，后续针对该部分预测内容的请求将在中间节点缓存处被满足，内容获取时延大大缩短。
内容提供者移动前，代理节点以及该内容提供者维持着一张关于其连接的内容提供者所能提供的全部内容的流行度列表；该表用于周期性地计算内容提供者所能提供的每个内容流行度信息。流行度列表如表1所示：
表1流行度列表
Figure BDA0002734489970000051
表中一个内容提供者能够提供n个内容，流行度代表一个周期内该内容提供者所提供内容被请求的概率，其值越高，表示该内容越受欢迎，之后也越有可能被消费者再次请求。每个周期结束后，内容提供者将重新计算每个内容的流行度，并将每个内容的流行度从大到小排序，通过限定跳数广播的方式将流行度为前10％的内容推送至网络中。
在一个优选实施例中，本发明选用的路由器中的缓存替换策略为LRU，以此将内容提供者流行度列表中流行度较高的内容主动推送至靠近消费者的位置，之后内容提供者将其流行度列表清零并重新开始新一轮的计数。
内容提供者移动期间，消费者从区域内的缓存节点处获取内容，这个过程就是如图3所示的缓存内容获取过程，未在缓存节点处缓存命中的兴趣包将转发至内容提供者原来的接入路由器PAR中缓存；
内容提供者移动完成，向其PAR发送移动更新请求包；收到更新请求包的中间路由器和PAR分别更新相关FIB表；缓存在PAR中的兴趣包将通过PAR转发至NAR到达内容提供者，所述内容提供者按照原路由返回数据包，这个过程就是如图3所示的重定向路径获取过程。
在一个优选实施例中，内容提供者移动完成，向其PAR发送移动更新(MU)请求包。收到MU请求包的中间路由器和PAR更新相关FIB转发出口。同时，内容提供者向其新接入区域的代理节点发送路由更新包，通过限定跳数广播更新的方式更新内容提供者周围一定区域内路由器中的相关FIB条目信息。由此，暂存在PAR处的兴趣包便可以通过新的路由信息转发至内容提供者新的位置。并且，后续在内容提供者周围产生的兴趣包也可以通过新的路由信息转发至内容提供者处，而不需要再经有内容提供者的PAR进行转发即为图3中的更新路径获取内容过程，这个过程相比于重定向路径获取过程大大缩短其传输时延。
内容提供者移动完成后，为了缩短相应消费者请求的响应时长并且缓解内容提供者原接入路由器处的缓存和转发压力，我们采用限定跳数广播更新的方式更新内容提供者周围一定范围内路由器中的相关FIB信息，此过程与基于隧道重定向过程中的移动更新是同步进行的。同时，我们还设置了集中器进行兴趣包转发路径的辅助查询。
在一个实施例中，除了采用代理节点方式进行控制转发，还可以采用重定向方式对内容源移动过程的路由重定向，如图4所示，基于FIB更新的重定向操作流程包括：
Step1:内容提供者移动前，消费者根据路由器中的转发信息转发至内容提供者处获取所需内容。
Step2:内容提供者在即将移动之前，向其接入路由器(P-AR)发送MN请求包。收到请求包的接入路由器作出回应并将FIB表中相应条目下的移动状态位置01。
Step3：内容提供者移动过程中，P-AR缓存发往移动内容提供者原来位置处的相应兴趣包。
Step4:内容提供者移动完成后，向P-AR发送MU请求包。收到MU请求包的中间路由器和P-AR更新FIB表。
Step5:P-AR将FIB表中相应条目下的移动状态位置10，并将缓存的兴趣包按照新的路由信息转发至内容提供者新的位置，数据包按照相反的路径返回给消费者。
在本发明的一些实施例中，本发明还提供了一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，采用代理节点对内容中心网络中内容提供者移动过程的数据传输过程进行管理；所述联合移动管理系统具体包括区域划分模块、代理节点绑定模块、代理请求模块、PAR传输模块、NAR传输模块；
所述区域划分模块用于将中心网络分域；
所述代理节点绑定模块用于将内容提供者在一个或多个区域绑定代理节点；
所述代理请求模块用于向请求流行度列表靠前的内容；并将从内容提供者获取的内容广播给缓存节点处；
这里的区域划分模块、代理节点绑定模块以及代理请求模块可以根据网络中的管理员进行处理。
所述PAR传输模块用于缓存未在缓存节点处缓存命中的兴趣包以及传输至所述NAR传输模块；这里的PAR传输模块可以通过路由器实现功能。
所述NAR传输模块用于向内容提供者转发兴趣包以及从内容提供者接收数据包并转发至PAR传输模块；这里的PAR传输模块可以通过路由器实现功能。
所述区域划分模块按照内容中心网络中内容的属性，划分出不同区域。
所述代理节点绑定模块包括统计单元、计算单元、更新单元以及唤醒单元；所述统计单元用于计算出内容提供者在连续多个周期内分别所处的多个区域；所述计算单元计算出统计单元中出现概率最小的区域；所述更新单元将剔除后剩余区域内的代理节点与该内容提供者进行绑定；所述唤醒单元用于在若干周期后重新调用统计单元、计算单元、更新单元，并按照更新单元更新后的结果，将代理节点与内容提供者进行绑定。
所述代理请求模块包括按照其区域内维持的流行度列表向内容提供者请求靠前的内容；内容提供者根据不同区域代理节点维持的流行度列表分别向不同的区域推送不同的内容。
所述管理系统中还包括集中器，所述内容提供者通过所述集中器向其新接入区域的代理节点发送路由更新包，通过限定跳数广播更新的方式更新内容提供者周围一定区域内路由器中的相关FIB表。
可以理解的是，本发明的基于内容中心网络的联合移动管理方法和系统的相应特征可以相互引用，本发明为了节省篇幅，则不再一一赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于内容中心网络的联合移动管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将内容中心网络分域，内容提供者在各个区域中绑定有一个代理节点，一个区域内包括一个或多个代理节点；统计内容提供者在连续多个周期内分别所处的多个区域，将出现次数最少的区域剔除，内容提供者与剩余区域内的代理节点进行绑定；
内容提供者稳定期间，各个区域的代理节点分别记录其区域内的关于内容提供者所提供内容的请求数量，并实时计算出所提供的内容的流行度，产生流行度列表；
内容提供者移动前，向各区域内的代理节点发送移动通知信息，各区域代理节点收到该消息后向内容提供者请求流行度列表靠前的内容，接收到数据包的代理节点通过广播方式将所述数据包存储在区域内的缓存节点处；
内容提供者移动期间，消费者从区域内的缓存节点处获取内容，未在缓存节点处缓存命中的兴趣包将转发至内容提供者原来的接入路由器PAR中缓存；
内容提供者移动完成，向其PAR发送移动更新请求包；收到更新请求包的中间路由器和PAR分别更新相关FIB表；缓存在PAR中的兴趣包将通过PAR转发至NAR到达内容提供者，所述内容提供者按照原路由返回数据包。
2.根据权利要求1所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理方法，其特征在于，将内容中心网络分域包括按照内容中心网络中内容的属性，划分出不同区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理方法，其特征在于，所述各区域代理节点收到该消息后向内容提供者请求流行度列表靠前的内容包括不同区域的代理节点按照其区域内维持的流行度列表向内容提供者请求靠前的内容；内容提供者根据不同区域代理节点维持的流行度列表分别向不同的区域推送不同的内容。
4.根据权利要求1所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理方法，其特征在于，收到更新请求包的中间路由器和PAR分别更新相关FIB表的同时还包括内容提供者向其新接入区域的代理节点发送路由更新包，通过限定跳数广播更新的方式更新内容提供者周围一定区域内路由器中的相关FIB表；消费者发出的兴趣包将按照更新后的FIB表转发至内容提供者或者按照PAR转发至NAR到达内容提供者。
5.一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，其特征在于，采用代理节点对内容中心网络中内容提供者移动过程的数据传输过程进行管理；所述联合移动管理系统具体包括区域划分模块、代理节点绑定模块、代理请求模块、PAR传输模块、NAR传输模块；
所述区域划分模块用于将中心网络分域；
所述代理节点绑定模块用于将内容提供者在一个或多个区域绑定代理节点；统计内容提供者在连续多个周期内分别所处的多个区域，将出现次数最少的区域剔除，内容提供者与剩余区域内的代理节点进行绑定；
所述代理请求模块用于向内容提供者请求流行度列表靠前的内容；并将从内容提供者获取的内容广播给缓存节点处；
所述PAR传输模块用于缓存未在缓存节点处缓存命中的兴趣包以及传输至所述NAR传输模块；
所述NAR传输模块用于向内容提供者转发兴趣包以及从内容提供者接收数据包并转发至PAR传输模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，其特征在于，所述区域划分模块按照内容中心网络中内容的属性，划分出不同区域。
7.根据权利要求5所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，其特征在于，所述代理节点绑定模块包括统计单元、计算单元、更新单元以及唤醒单元；所述统计单元用于计算出内容提供者在连续多个周期内分别所处的多个区域；所述计算单元计算出统计单元中出现概率最小的区域；所述更新单元将剔除后剩余区域内的代理节点与该内容提供者进行绑定；所述唤醒单元用于在若干周期后重新调用统计单元、计算单元、更新单元，并按照更新单元更新后的结果，将代理节点与内容提供者进行绑定。
8.根据权利要求5所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，其特征在于，所述代理请求模块包括按照其区域内维持的流行度列表向内容提供者请求靠前的内容；内容提供者根据不同区域代理节点维持的流行度列表分别向不同的区域推送不同的内容。
9.根据权利要求5所述的一种基于内容中心网络的联合移动管理系统，其特征在于，所述管理系统中还包括集中器，所述内容提供者通过所述集中器向其新接入区域的代理节点发送路由更新包，通过限定跳数广播更新的方式更新内容提供者周围一定区域内路由器中的相关FIB表。
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