CN114978992B - 一种安全命名数据网络的通信方法、节点及网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全命名数据网络的通信方法，管理节点、路由节点，以及安全命名数据网络。通信方法包括：根据业务相似度获取安全命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识；向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包。该通信方法可解决根据路径最短原则确定的转发路径存在网络环境拥塞、安全性较低的问题，可降低请求节点的检索时间，降低网络系统消耗，减少数据包缓存节点，从而降低传输时延，提高网络安全性。

Description

一种安全命名数据网络的通信方法、节点及网络

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种安全命名数据网络的通信方法、管理节点、路由节点，以及安全命名数据网络。

背景技术

命名数据网络基于数据内容名称进行路由转发，每个数据分组对应唯一的内容名称。节点若要接收特定的内容，需要主动向网络中发送对该内容的兴趣请求(即兴趣包)，内容拥有者或者缓存有该内容的路由节点接收到兴趣包后直接将数据包发送到请求者。命名数据网络的数据结构包括：(1)内容存储：缓存路由节点收到的数据内容。(2)待定兴趣表：将经过同一个路由节点并请求相同内容的请求分组汇聚在一个表项中，对同一内容的请求，仅转发一次对该内容的请求分组，无需重复转发。(3)转发信息库：记录从当前路由节点通往内容生成者或内容缓存节点的路径上的下一跳接口。

目前，命名数据网络的路由方法主要基于最短路径原则，选择业务需求节点到内容缓存节点(或内容生成者)跳数最少的路径作为转发路径。由于命名数据网络中路由节点会缓存经过该节点的数据包，故根据最短路径原则所选择的转发路径容易导致整个网络环境拥塞(例如节点A缓存了过量的数据包或节点A为多个不同的业务请求的传输节点)，造成时延随着时间不断变长，且根据最短路径原则确定转发路径的方案使得数据包缓存节点较多，若其中一个节点被攻破，数据将会泄露，安全性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种安全命名数据网络的通信方法、管理节点、路由节点，以及安全命名数据网络，以至少解决相关技术中存在的网络环境拥塞、时延变长，安全性较低的问题。

第一方面，本发明提供一种安全命名数据网络的通信方法，应用于管理节点，所述通信方法包括：根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识；向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

优选地，所述根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量；根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。

优选地，所述根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量，具体包括：获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。

优选地，所述根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

优选地，所述根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，具体包括：S1，根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点；S2，计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离；S3，获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点；循环类推步骤S2和步骤S3，直至选出第m个初始中心点。

第二方面，本发明还提供一种安全命名数据网络的通信方法，应用于路由节点，所述通信方法包括：接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识；接收请求节点发送的兴趣包；根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包；若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

优选地，所述通信方法还包括：若查询结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点。

优选地，所述根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，具体包括：判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包；若判断结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复；若判断结果为否，则根据广播消息向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包。

第三方面，本发明还提供一种安全命名数据网络的管理节点，包括获取模块和广播模块。获取模块，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识。广播模块，与获取模块连接，用于向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

第四方面，本发明还提供一种安全命名数据网络的路由节点，包括第一接收模块，第二接收模块和查询模块。第一接收模块，用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。第二接收模块，用于接收请求节点发送的兴趣包。查询模块，与第一接收模块和第二接收模块连接，用于根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

第五方面，本发明还提供一种安全命名数据网络，包括管理节点和路由节点。管理节点，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识，还用于向各路由节点广播路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。路由节点，与管理节点通信连接，用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识，还用于接收请求节点发送的兴趣包并在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

本发明提供的安全命名数据网络的通信方法、管理节点、路由节点，以及安全命名数据网络，通过将网络中各路由节点按照其处理的业务相似度划分至不同的集合，并在路由节点所归属的集合内广播该集合所包含的路由节点的标识，使得任一路由节点在接收到兴趣包后，先在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包。即在接收到业务请求后，根据业务进行了分集合查询，且同一集合缓存的内容大概率相同，从而可降低请求节点的检索时间，快速生成转发路径，且使得数据包转发路径最优，以减少转发路径所包含的路由节点，减少数据包缓存节点，因而降低数据包传输时延，降低数据泄露风险，提高网络安全性，形成安全的命名数据网络。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种安全命名数据网络的通信方法的流程图；

图2为本发明实施例2的一种安全命名数据网络的通信方法的流程图；

图3为本发明实施例3的一种安全命名数据网络的管理节点的结构示意图；

图4为本发明实施例4的一种安全命名数据网络的路由节点的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

可以理解的是，此处描述的具体实施例和附图仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明中的各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

可以理解的是，为便于描述，本发明的附图中仅示出了与本发明相关的部分，而与本发明无关的部分未在附图中示出。

可以理解的是，本发明的实施例中所涉及的每个单元、模块可仅对应一个实体结构，也可由多个实体结构组成，或者，多个单元、模块也可集成为一个实体结构。

可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明的流程图和框图中所标注的功能、步骤可按照不同于附图中所标注的顺序发生。

可以理解的是，本发明的流程图和框图中，示出了按照本发明各实施例的系统、装置、设备、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可代表一个单元、模块、程序段、代码，其包含用于实现规定的功能的可执行指令。而且，框图和流程图中的每个方框或方框的组合，可用实现规定的功能的基于硬件的系统实现，也可用硬件与计算机指令的组合来实现。

可以理解的是，本发明实施例中所涉及的单元、模块可通过软件的方式实现，也可通过硬件的方式来实现，例如单元、模块可位于处理器中。

实施例1：

本实施例提供一种安全命名数据网络的通信方法，应用于管理节点。需要说明的是，管理节点可以是命名数据网络中仅具有管理功能的一个节点、或网络中同时具有路由功能和管理功能的一个路由节点，或其他形式的节点，此处对管理节点的具体形式或类型不做限定。

如图1所示，安全命名数据网络的通信方法包括：

步骤101，根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识。

本实施例中，业务相似度可以是路由节点处理业务数据的类型相似度，还可以是路由节点缓存内容的名称的相似度等。其中，本实施的命名数据网络的集合数量为多个，一个集合所包含的路由节点的数量为一个或多个，且每个路由节点具有唯一的标识，例如，路由节点O、路由节点P和路由节点Q归属于同一个集合H，其中，O、P、Q为路由节点标识。

步骤102，向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

本实施例中，管理节点获取到命名数据网络的各集合，以及各集合所包含的路由节点标识后，向各路由节点广播路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。例如，管理节点分别向路由节点O、P、Q广播集合H所包含的路由节点标识(O、P、Q)，以使集合H中的任一路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，根据所接收的广播中包含的路由节点标识，在集合H内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为是，则向请求节点反馈数据包。若查询结果为否，该路由节点则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。对于该路由节点来说，不属于接收的广播中的路由节点则是属于其他集合的路由节点，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点。在另一实施方式中，路由节点首先判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包，如果判断结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复；若判断结果为否，则根据所接收的路由节点标识向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，该路由节点则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包。其中，待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。在命名数据网络中数据传输所经过的路由节点会在其本地缓存所传输数据，同时，短时间内各请求节点的请求需求基本不变，因此本实施例事先将处理相似业务请求的路由节点划分到同一集合，由于同一集合的路由节点大概率需要缓存相同的内容，当有请求需求时路由节点优先向同一集合内的路由节点发出查询请求，这样不仅能降低请求节点的检索时间，也能降低系统的消耗，系统消耗包括存储空间的消耗、网络中需要传输的数据量、网络带宽消耗等。此外，由于降低了检索时间，故能快速生成转发路径，且使得数据包转发路径最优，以减少转发路径所包含的路由节点，减少数据包缓存节点，因而降低数据包传输时延，降低数据泄露风险，提高网络安全性，形成安全的命名数据网络。

可选地，步骤101：根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：

步骤1011，根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量。

具体地，步骤1011包括：获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。

本实施例中，管理节点跟踪过去n个周期内整个命名数据网络的数据传输所经过的路径信息，n的取值可根据用户需求进行设置，例如，周期为1天，n＝30，即跟踪过去30天内的数据传输的路径信息。按照业务数据类型分为数据库数据、命令数据、音频数据和视频数据等，n个历史周期每个路由节点处理四类数据次数的平均值(向上取整)即为该路由节点的特征向量，即将业务数据类型作为特征向量的维度，处理某业务数据类型的次数作为特征向量在某维度上的大小。例如路由节点A平均每个周期处理4次数据库数据、7次命令数据、1次音频数据和0次视频数据，则该路由节点A的特征向量为A＝{4，7，1，0}。

步骤1012，根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。

具体地，步骤1012包括：根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

本实施例中，为了将各路由节点快速分配至相应的集合，所述根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，具体包括：S1，根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点；S2，计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离；S3，获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点；循环类推步骤S2和步骤S3，直至选出第m个初始中心点。由以上可知，从命名数据网络的所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，其目的是保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中，从而节约网络的计算资源，降低网络代价。如果m个初始中心点之间的距离较小，即m个初始中心点的分布较集中，后续将需要耗费更长的时间进行聚类迭代。根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合，具体包括：当所有路由节点已分配至m个初始集合后，计算每个集合的均值点(即集合内各路由节点的特征向量各项值的平均值)，以得到m个均值点；重新以m个均值点为新的中心点，计算所有路由节点到各新的中心点的距离，并按照距离进行降序排序，将各路由节点划分到距离最近的新的中心点所在的集合，并判断新的m个集合同上一次产生的m个集合是否相同，若判断结果为相同，则聚类完毕；若判断结果为不同，则再一次计算每个集合的均值点并重新聚类，即进行聚类迭代，直到m个集合稳定不变。

本实施例提供的安全命名数据网络的通信方法，通过将处理相似业务请求的路由节点划分到同一集合，由于同一集合的路由节点大概率需要缓存相同的内容，当有请求需求时路由节点优先向同一集合内的路由节点发出查询请求，即在接收到业务请求后，根据业务进行了分集合查询，这样不仅能降低请求节点的检索时间，也能降低系统的消耗。此外，由于降低了检索时间，故能快速生成转发路径，且使得数据包转发路径最优，以减少转发路径所包含的路由节点，减少数据包缓存节点，因而降低数据包传输时延，降低数据泄露风险，提高网络安全性，形成安全的命名数据网络。进一步地，在对命名数据网络中各路由节点分配集合时，从所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，以保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中，从而节约网络的计算资源，降低网络代价。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供一种安全命名数据网络的通信方法，应用于路由节点，包括：

步骤201，接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。

步骤202，接收请求节点发送的兴趣包。

步骤203，根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

可选地，安全命名数据网络的通信方法还包括：若查询结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点。

本实施例中，管理节点用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识，并形成广播消息在各路由节点所在的集合内进行广播，以使各路由节点获悉所归属的集合内的其他路由节点的标识。需要说明的是，本实施例中的管理节点可以是命名数据网络中仅具有管理功能的一个节点、或网络中同时具有路由功能和管理功能的一个路由节点，或其他形式的节点，此处对管理节点的具体形式或类型不做限定。管理节点具体用于根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量，并根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。具体地，管理节点用于获取各路由节点的特征向量具体包括：获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。此外，管理节点用于根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

为了将各路由节点快速分配至相应的集合，管理节点用于根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，具体包括：S1，根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点；S2，计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离；S3，获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点；循环类推步骤S2和步骤S3，直至选出第m个初始中心点。由以上可知，从命名数据网络的所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，其目的是保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中。如果m个初始中心点之间的距离较小，即m个初始中心点的分布较集中，后续将需要耗费更长的时间进行聚类迭代。聚类迭代过程包括：当所有路由节点已分配至m个初始集合后，计算每个集合的均值点(即集合内各路由节点的特征向量各项值的平均值)，重新以m个均值点为新的中心点，计算所有路由节点到各新的中心点的距离，并按照距离进行降序排序，将各路由节点划分到距离最近的新的中心点所在的集合，并判断新的m个集合同上一次产生的集合是否相同，若判断结果为相同，则聚类完毕；若判断结果为不同，则再一次计算每个集合的均值点并重新聚类，即进行聚类迭代，直到集合稳定不变。

可选地，步骤203：路由节点根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，具体包括：判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包；若判断结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复；若判断结果为否，则根据广播消息向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种安全命名数据网络的管理节点，包括获取模块31和广播模块32。

获取模块31，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识。

广播模块32，与获取模块31连接，用于向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。需要说明的是，本实施例中的管理节点可以是命名数据网络中仅具有管理功能的一个节点、或网络中同时具有路由功能和管理功能的一个路由节点，或其他形式的节点，此处对管理节点的具体形式或类型不做限定。

可选地，获取模块包括第一获取单元和第二获取单元。

第一获取单元，用于根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量。

第二获取单元，与第一获取单元连接，用于根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。

可选地，第一获取单元，具体用于获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；还用于获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；以及，用于根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；从而根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。

可选地，第二获取单元，具体用于根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；还用于根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；以及，用于将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；并根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

本实施例中，为了将各路由节点快速分配至相应的集合，第二获取单元还包括选择组件、计算组件、获取组件和迭代组件，其中，选择组件，用于根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点。计算组件，与选择组件连接，用于计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离。获取组件，与计算组件连接，用于获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点。迭代组件，与计算组件和获取组件连接，用于使计算组件和获取组件循环类推，直至选出第m个初始中心点。由以上可知，从命名数据网络的所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，其目的是保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中。如果m个初始中心点之间的距离较小，即m个初始中心点的分布较集中，后续将需要耗费更长的时间进行聚类迭代。聚类迭代过程包括：当所有路由节点已分配至m个初始集合后，计算每个集合的均值点(即集合内各路由节点的特征向量各项值的平均值)，重新以m个均值点为新的中心点，计算所有路由节点到各新的中心点的距离，并按照距离进行降序排序，将各路由节点划分到距离最近的新的中心点所在的集合，并判断新的m个集合同上一次产生的集合是否相同，若判断结果为相同，则聚类完毕；若判断结果为不同，则再一次计算每个集合的均值点并重新聚类，即进行聚类迭代，直到集合稳定不变。

实施例4：

如图4所示，本实施例提供一种安全命名数据网络的路由节点，包括第一接收模块41，第二接收模块42和查询模块43。

第一接收模块41，用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。

第二接收模块42，用于接收请求节点发送的兴趣包。

查询模块43，与第一接收模块41和第二接收模块42连接，用于根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

可选地，查询模块还用于在查询结果为是时，反馈兴趣包对应的数据包给请求节点。

可选地，查询模块还包括判断单元和查询单元。

判断单元，用于判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包。

查询单元，与判断单元连接，用于在判断结果为是，反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复。还用于在判断结果为否，根据广播消息向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包。

本实施例中，管理节点用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识，并形成广播消息在各路由节点所在的集合内进行广播，以使各路由节点获悉所归属的集合内的其他路由节点的标识。需要说明的是，本实施例中的管理节点可以是命名数据网络中仅具有管理功能的一个节点、或网络中同时具有路由功能和管理功能的一个路由节点，或其他形式的节点，此处对管理节点的具体形式或类型不做限定。管理节点具体用于根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量，并根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。具体地，管理节点用于获取各路由节点的特征向量具体包括：获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。此外，管理节点用于根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

为了将各路由节点快速分配至相应的集合，管理节点用于根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，具体包括：S1，根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点；S2，计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离；S3，获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点；循环类推步骤S2和步骤S3，直至选出第m个初始中心点。由以上可知，从命名数据网络的所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，其目的是保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中。如果m个初始中心点之间的距离较小，即m个初始中心点的分布较集中，后续将需要耗费更长的时间进行聚类迭代。聚类迭代过程包括：当所有路由节点已分配至m个初始集合后，计算每个集合的均值点(即集合内各路由节点的特征向量各项值的平均值)，重新以m个均值点为新的中心点，计算所有路由节点到各新的中心点的距离，并按照距离进行降序排序，将各路由节点划分到距离最近的新的中心点所在的集合，并判断新的m个集合同上一次产生的集合是否相同，若判断结果为相同，则聚类完毕；若判断结果为不同，则再一次计算每个集合的均值点并重新聚类，即进行聚类迭代，直到集合稳定不变。

实施例5：

本实施例提供一种安全命名数据网络，包括管理节点和路由节点。

管理节点，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识。还用于向各路由节点广播路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。需要说明的是，本实施例中的管理节点可以是命名数据网络中仅具有管理功能的一个节点、或网络中同时具有路由功能和管理功能的一个路由节点，或其他形式的节点，此处对管理节点的具体形式或类型不做限定。

具体地，管理节点包括获取模块和广播模块。

获取模块，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识。

广播模块，与获取模块连接，用于向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

可选地，获取模块包括第一获取单元和第二获取单元。

第一获取单元，用于根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量。

第二获取单元，与第一获取单元连接，用于根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。

可选地，第一获取单元，具体用于获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；还用于获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；以及，用于根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；从而根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。

可选地，第二获取单元，具体用于根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B)为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；还用于根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；以及，用于将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；并根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

本实施例中，为了将各路由节点快速分配至相应的集合，第二获取单元还包括选择组件、计算组件、获取组件和迭代组件，其中，选择组件，用于根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点。计算组件，与选择组件连接，用于计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离。获取组件，与选择组件连接，用于获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点。迭代组件，与计算组件和获取组件连接，用于使计算组件和获取组件循环类推，直至选出第m个初始中心点。由以上可知，从命名数据网络的所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，其目的是保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中。如果m个初始中心点之间的距离较小，即m个初始中心点的分布较集中，后续将需要耗费更长的时间进行聚类迭代。聚类迭代过程包括：当所有路由节点已分配至m个初始集合后，计算每个集合的均值点(即集合内各路由节点的特征向量各项值的平均值)，重新以m个均值点为新的中心点，计算所有路由节点到各新的中心点的距离，并按照距离进行降序排序，将各路由节点划分到距离最近的新的中心点所在的集合，并判断新的m个集合同上一次产生的集合是否相同，若判断结果为相同，则聚类完毕；若判断结果为不同，则再一次计算每个集合的均值点并重新聚类，即进行聚类迭代，直到集合稳定不变。

路由节点，与管理节点通信连接，例如，各路由节点均与管理节点连接，或部分路由节点与管理节点连接，路由节点用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。还用于接收请求节点发送的兴趣包，以及，用于在路由节点所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

具体地，路由节点包括第一接收模块，第二接收模块和查询模块。

第一接收模块，与管理节点的广播模块连接，用于接收管理节点的广播模块发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识。

第二接收模块，用于接收请求节点发送的兴趣包。

查询模块，与第一接收模块和第二接收模块连接，用于根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点。

可选地，查询模块还用于在查询结果为是时，反馈兴趣包对应的数据包给请求节点。

可选地，查询模块还包括判断单元和查询单元。

判断单元，用于判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包。

查询单元，与判断单元连接，用于在判断结果为是，反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复。还用于在判断结果为否，根据广播消息向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包。

实施例2-实施例5分别提供的安全命名数据网络的通信方法、管理节点、路由节点，以及安全命名数据网络，通过将处理相似业务请求的各路由节点划分到同一集合，由于同一集合的路由节点大概率需要缓存相同的内容，当有请求需求时路由节点优先向同一集合内的路由节点发出查询请求，即在接收到业务请求后，根据业务进行了分集合查询，这样不仅能降低请求节点的检索时间，也能降低系统的消耗。此外，由于降低了检索时间，故能快速生成转发路径，且使得数据包转发路径最优，以减少转发路径所包含的路由节点，减少数据包缓存节点，因而降低数据包传输时延，降低数据泄露风险，提高网络安全性，形成安全的命名数据网络。进一步地，在对命名数据网络中各路由节点分配集合时，从所有路由节点中选择出距离最大的m个初始中心点，以保证m个初始中心点最大程度地分散，故后续可快速将剩余路由节点分配至m个集合中，从而节约网络的计算资源，降低网络代价。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种安全命名数据网络的通信方法，应用于管理节点，其特征在于，包括：

根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识；

向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点，属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点，其中所述待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。

2.根据权利要求1所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，所述根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：

根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量；

根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合。

3.根据权利要求2所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，所述根据路由节点处理业务数据的类型和频次，获取各路由节点的特征向量，具体包括：

获取命名数据网络在n个历史周期的业务数据的类型，其中，业务数据的类型包括数据库数据、命令数据、音频数据以及视频数据，n为正整数；

获取n个历史周期各类型的业务数据在传输过程中所经过的路径信息；

根据路径信息获取各路由节点在每个周期分别处理各类型的业务数据的平均次数，以得到路由节点处理各类型的业务数据的频次；

根据业务数据的类型及频次确定各路由节点的特征向量。

4.根据权利要求2或3任一项所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，所述根据路由节点的特征向量的相似度，获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，具体包括：

根据特征向量计算路由节点之间的距离，具体计算公式如下：

其中，dis(A,B为路由节点A和路由节点B的距离，A为路由节点A的特征向量，B为路由节点B的特征向量，cos(A,B)为路由节点A和路由节点B的余弦值；

根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，m为正整数；

将各路由节点分配至距离最近的初始中心点所归属的集合中；

根据聚类算法迭代获取各路由节点所归属的稳定的m个集合。

5.根据权利要求4所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，所述根据路由节点之间的距离选择出m个初始集合对应的m个初始中心点，具体包括：

S1，根据路由节点之间的距离，选择距离最大值对应的两个路由节点分别作为第1个初始中心点和第2个初始中心点；

S2，计算其他路由节点分别到第1个初始中心点的第一距离和到第2个初始中心点的第二距离；

S3，获取各路由节点相应的第一距离和第二距离之和，并选择第一距离和第二距离之和的最大值对应的路由节点作为第3个初始中心点；

循环类推步骤S2和步骤S3，直至选出第m个初始中心点。

6.一种安全命名数据网络的通信方法，应用于路由节点，其特征在于，包括：

接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识；

接收请求节点发送的兴趣包；

根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点，以使得属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点，其中所述待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。

7.根据权利要求6所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，还包括：

若查询结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点。

8.根据权利要求6所述的安全命名数据网络的通信方法，其特征在于，所述根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，具体包括：

判断本地缓存或待定兴趣表是否存在兴趣包对应的数据包；

若判断结果为是，则反馈兴趣包对应的数据包给请求节点或等待已发出的兴趣表的回复；

若判断结果为否，则根据广播消息向所归属的集合内的其他路由节点发送兴趣包，以查询集合内是否存在兴趣包对应的数据包。

9.一种安全命名数据网络的管理节点，其特征在于，包括获取模块和广播模块，

获取模块，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识，

广播模块，与获取模块连接，用于向各路由节点广播其所归属的集合所包含的路由节点标识，以使路由节点在接收到请求节点发送的兴趣包后，在其所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点，属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点，其中所述待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。

10.一种安全命名数据网络的路由节点，其特征在于，包括第一接收模块，第二接收模块和查询模块，

第一接收模块，用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识，

第二接收模块，用于接收请求节点发送的兴趣包，

查询模块，与第一接收模块和第二接收模块连接，用于根据广播消息在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点，以使得属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点，其中所述待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。

11.一种安全命名数据网络，其特征在于，包括管理节点和路由节点，

管理节点，用于根据业务相似度获取命名数据网络的各路由节点所归属的集合，以及各集合所包含的路由节点标识，

还用于向各路由节点广播路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识，

路由节点，与管理节点通信连接，用于接收管理节点发送的广播消息，广播消息包括路由节点所归属的集合所包含的路由节点标识，

还用于接收请求节点发送的兴趣包，并在所归属的集合内查询是否存在兴趣包对应的数据包，若查询结果为否，则向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，在该路由节点的待定兴趣表或转发信息库中存在一个或多个属于其他集合的路由节点，属于其他集合的路由节点接收到兴趣包后，先在其自身所归属的集合内查询是否存在对应的数据包，若查询结果为不存在，则再向属于其他集合的路由节点发送兴趣包，直至获取兴趣包对应的数据包并反馈给请求节点，其中所述待定兴趣表指该路由节点之前已经收到其他请求节点相同的数据需求，并且该路由节点已经向其他路由节点发出查询请求，正在等待其他路由节点的回复，当第二次收到该数据需求时不需要再发送查询请求，只需要等到该数据包传过来后，直接将数据包分别反馈给第一个请求节点和第二个请求节点。