CN114650296B - 一种信息中心网络副本选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于计算机网络和通信技术领域，具体地说，涉及一种信息中心网络副本选择方法，该方法包括：依据数据请求实体与副本源端节点的距离，采用不同的节点状态信息维护和选择策略，优先选择节点间距离约束范围内的副本源端节点发起数据块的传输请求；针对节点间距离约束范围内的副本源端节点，数据请求实体在本地为其维护节点状态表；数据请求实体根据节点状态值，选择状态最佳的副本源端节点发起数据块的传输请求，并通过对数据传输信息的采集进行相应节点状态值的更新；针对节点间距离约束范围外的副本源端节点，不维护节点状态表信息，仅通过网络距离进行副本节点的选择。

Description

一种信息中心网络副本选择方法
技术领域
本发明属于计算机网络和通信的技术领域，具体地说，涉及一种信息中心网络副本选择方法。
背景技术
信息中心网络(Information Centric Networking，ICN)是一种新型的网络模型，是未来网络架构的研究方向之一，该网络模型不再关注传统的端到端传输模式，而是将注意力放在数据的获取上。ICN网络将标识和地址解耦，并利用网内缓存特性，便于信息分布。ICN网络通常默认将数据对象(data objects)分割为更小的多个数据块，每个数据块由用于寻址和缓存的唯一名字EID来标识。
由于ICN网络的数据块由与位置无关的EID而不是定位符(例如：IP)标识，因此，需要EID和IP映射，称为名字解析***。ICN网络发展到现在已经衍生出了许多相关的项目，其主要包括两种名字解析方法：基于名字的路由方法(Name-Based Routing approach,NBR)和独立的名字解析方法(Standalone Name Resolution approach,SNR)。其中，NBR方法中，通常使用分层和聚合名字，名字解析过程与消息路由相结合，例如NDN。SNR方法中，名字解析和消息路由这两个功能是解耦的，通常使用平面名字来查找它们的定位符，然后由定位符进行路由(先通过名字解析***查询名字EID对应的定位符IP，再使用定位符IP进行路由)，例如MobilityFirst。
当ICN网络中存在数据块的多副本时，如何选择最优的ICN网络副本节点进行数据服务是一个值得研究的问题。现有方法中，在全局范围内选择就近副本节点，例如MobilityFirst，其信息维护开销较大，而且就近副本并不一定是最优副本；另外，现有的方法只能在消费者和数据发布源的路径的副本节点中选择，例如NDN，无法发现路径外较优的副本节点。此外，现有的方法无法优化选择副本源端节点，不能均衡数据服务源的负载、无法避免网络拥塞，降低了整体网络吞吐量、增加了数据传输延时时间，降低了数据传输效率。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种信息中心网络副本选择方法，用于解决数据请求实体根据数据块标识从名字解析***查询获取多个副本的网络地址列表后，如何选择副本源端节点的问题，ICN网络将对象分割成多个数据块，数据请求实体根据数据块标识从名字解析***查询和获取多个副本的网络地址列表后，选择副本源端节点，其特征在于，该方法包括：
依据数据请求实体与副本源端节点的距离，采用不同的节点状态信息维护和选择策略，优先选择节点间距离约束范围内的副本源端节点发起数据块的传输请求；
针对节点间距离约束范围内的副本源端节点，数据请求实体在本地为其维护节点状态表；节点状态表的表项包括：副本源端节点的网络地址和节点状态值；
其中，根据副本源端节点的节点负载度、数据请求实体到副本源端节点的网络距离，以及传输路径的路径拥塞度，综合计算获得节点状态值；
数据请求实体根据节点状态值，选择状态最佳的副本源端节点发起数据块的传输请求，并通过对数据传输信息的采集进行相应节点状态值的更新；
针对节点间距离约束范围外的副本源端节点，不维护节点状态表信息，仅通过网络距离进行副本节点的选择；
所述节点间距离约束范围，可以是但不限于，通过现场名字解析***和全局名字解析***获得。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据请求实体包括位于信息中心网络和其他网络交界处的边缘网络设备；其中，所述其他网络交界处的边缘网络设备，可以是但不限于，网关或边缘路由器；
所述数据请求实体还包括信息中心网络终端用户设备。
作为上述技术方案的改进之一，所述名字解析***接收来自数据请求实体的名字解析请求，名字解析请求的请求参数包括：数据块标识信息，响应为该数据块标识对应的副本源端节点的网络地址列表；
所述名字解析***包括：现场名字解析***和全局名字解析***；
所述现场名字解析***包括多个现场名字解析节点，用于提供具有确切距离约束的名字解析服务，使得数据请求实体获得的现场解析结果仅包含在该节点间距离约束范围内的副本源端节点；
所述全局名字解析***包括多个全局名字解析节点，用于提供整个ICN网络的名字解析服务，使得数据请求实体获得的全局解析结果包含在整个ICN网络中的副本源端节点；
其中，现场名字解析节点和全局名字解析节点均为解析节点；现场名字解析***的距离约束范围是通过节点间时延决定；所述现场解析结果为节点距离约束范围内的匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点；所述全局解析结果为整个ICN网络中，节点距离约束范围外的、距离数据请求实体的网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点。
作为上述技术方案的改进之一，所述现场解析结果的获取过程如下：
向现场名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断现场名字解析节点返回的距离约束范围内的解析查询结果列表是否为空；
若解析查询结果列表为非空，则转至下一步；
维护解析结果的网络地址列表对应的副本源端节点的节点状态表；
在解析结果列表中匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求；
若解析查询结果列表为空，则向全局名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断全局名字解析节点返回的解析结果列表是否为空，如果返回的解析结果列表为非空，则转至下一步；如果返回的解析结果列表为空，则返回无可服务副本源端节点；
在全局名字解析结果列表中选择网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求。
作为上述技术方案的改进之一，所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间和该副本源端节点数据块服务负载数决定。
作为上述技术方案的改进之一，所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间以及该副本源端节点数据块服务负载数的乘积计算获得。
作为上述技术方案的改进之一，所述网络距离是跳数或往返时延。
作为上述技术方案的改进之一，所述路径拥塞度由数据报文在传输路径中的排队时延决定；
其中，排队时延可以通过当前传输时延减去历史最小传输时延计算获得。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据传输信息的采集包括：数据请求实体对数据传输路径和副本源端节点的主动探测；还包括：每次实际数据传输过程的反馈信息。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的方法，考虑了数据块标识在传输过程中是固定不变的这一特性，利用了基于节点负载度、网络距离和路径拥塞度等信息的副本选择策略，并充分利用了名字解析***中现场名字解析带来的局部特性，将网内数据传输流量尽可能地限制在局部区域内，并对域内的副本源端节点选择，通过维护节点间网络距离、副本节点的负载度和节点间传输路径的拥塞度这三个参数的信息进行副本选择，体现了更细粒度的调度。相比现有的方法，对节点间网络距离、副本节点的负载度和节点间传输路径的拥塞度的多方面的信息进行了充分的利用，将维护的任务卸载在边缘，能够对边缘设备算力(边缘路由器的计算能力)进行有效利用，维护节点状态表，改善网内的拥塞情况，实现数据服务的负载均衡，从而有效地提高整体网络吞吐量、减少数据传输延时时间，完成信息中心网络副本的选择。
附图说明
图1是本发明的一种信息中心网络副本选择方法的流程图；
图2是本发明的一种信息中心网络副本选择方法的场景实现示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供一种信息中心网络副本选择方法，ICN网络将内容分割成多个数据块，数据请求实体根据数据块标识从名字解析***查询和获取多个副本的网络地址列表后，选择副本源端节点，该方法包括：
依据数据请求实体与副本源端节点的距离，采用不同的节点状态信息维护和选择策略，优先选择节点间距离约束范围内的副本源端节点发起数据块的传输请求；
针对节点间距离约束范围内的副本源端节点，数据请求实体在本地为其维护节点状态表；节点状态表的表项包括：副本源端节点的网络地址和节点状态值；
其中，根据副本源端节点的节点负载度、数据请求实体到副本源端节点的网络距离，以及传输路径的路径拥塞度，综合计算获得节点状态值；
数据请求实体根据节点状态值，选择状态最佳的副本源端节点发起数据块的传输请求，并通过对数据传输信息的采集进行相应节点状态值的更新；
针对节点间距离约束范围外的副本源端节点，不维护节点状态表信息，仅通过网络距离进行副本节点的选择；
所述节点间距离约束范围，可以是但不限于，通过现场名字解析***和全局名字解析***获得。其中，节点间距离约束为数据请求实体和副本源端节点之间的距离。例如，数据请求实体周围网络距离10跳范围内或时延50ms范围内的那些副本源端节点。这里是从数据请求实体出发，通过各自的解析节点(即第三方节点)，获得与数据请求实体在特定的节点间距离约束范围内的那些副本源端节点。
其中，所述数据请求实体包括位于信息中心网络和其他网络交界处的边缘网络设备；其中，所述其他网络交界处的边缘网络设备，可以是但不限于，网关或边缘路由器；
所述数据请求实体还包括信息中心网络终端用户设备。
所述名字解析***接收来自数据请求实体的名字解析请求，名字解析请求的请求参数包括：数据块标识信息，响应为该数据块标识对应的副本源端节点的网络地址列表；
所述名字解析***包括：现场名字解析***和全局名字解析***；
所述现场名字解析***包括多个现场名字解析节点，用于提供具有确切的节点间距离约束的名字解析服务，使得数据请求实体获得的现场解析结果仅包含在该节点间距离约束范围内的副本源端节点；
所述全局名字解析***包括多个全局名字解析节点，用于提供整个ICN网络的名字解析服务，使得数据请求实体获得的全局解析结果仅包含在整个ICN网络中的副本源端节点；
其中，所述名字解析***是一个分布式***，其包括可以提供节点间距离约束范围的现场名字解析***和全局名字解析***；其中，现场名字解析节点和全局名字解析节点均为解析节点。数据请求实体可以通过为自己服务的一个或多个解析节点进行名字的解析查询服务。
现场名字解析***的距离约束范围是通过节点间时延决定；所述现场解析结果为匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点；所述全局解析结果为整个ICN网络中，网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点。
具体地，如果副本源端节点列表是从现场名字解析***获得，则说明该列表中的可服务的副本源端节点是在数据请求实体的节点间距离约束范围内的，因此，副本选择是从该副本源端节点列表中，进一步匹配副本节点状态表，完成信息网络副本的选择及服务请求的发出。
如果现场名字解析***的解析查询结果为空，则在数据请求实体的节点间距离约束范围内不存在拥有请求的数据块(通过数据块标识来区分)，因此，需要再去查询全局名字解析***，获得在整个ICN网络中的、节点间距离约束范围外的那些副本源端节点，并选择距离数据请求实体最近的那个副本远点节点，作为数据服务节点，进而发出数据块服务请求。
具体地，所述现场解析结果的获取过程如下：
向现场名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断现场名字解析节点返回的距离约束范围内的解析查询结果列表是否为空；
若解析查询结果列表为非空，则转至下一步；
维护解析结果的网络地址列表对应的副本源端节点的节点状态表；
在解析结果列表中匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求；
若解析查询结果列表为空，则向全局名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断全局名字解析节点返回的解析结果列表是否为空，如果返回的解析结果列表为非空，则转至下一步；如果返回的解析结果列表为空，则返回无可服务副本源端节点；
在全局名字解析结果列表中选择网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求。
所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间和该副本源端节点数据块服务负载数决定；
具体地，所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间以及该副本源端节点数据块服务负载数的乘积计算获得。
所述网络距离是跳数或往返时延。
所述路径拥塞度由数据报文在传输路径中的排队时延决定；
其中，排队时延可以通过当前传输时延减去历史最小传输时延计算获得。
所述数据传输信息的采集包括：数据请求实体对数据传输路径和副本源端节点的主动探测；还包括：每次实际数据传输过程的反馈信息。
如图1所示，ICN网络副本选择方法的具体流程为：
步骤1)向现场名字解析节点发起名字解析查询请求；
步骤2)判断现场名字解析节点返回的距离约束范围内的解析查询结果列表是否为空，若返回的解析查询结果列表为非空，则转至步骤3)；若返回的解析查询结果列表为空，则转至步骤5)；
步骤3)维护解析结果的网络地址列表对应的副本源端节点的节点状态表；
步骤4)在解析结果列表中匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点，转步骤8)；
步骤5)向全局名字解析节点发起名字解析查询请求；
步骤6)判断全局名字解析节点返回的解析结果列表是否为空，若返回的解析查询结果列表为非空，则转至步骤7)；若返回的解析查询结果列表为空，则返回无可服务副本源端节点；
步骤7)在全局名字解析结果列表中选择网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点，转步骤8)；
步骤8)发起数据请求。
其中，步骤3)中，所述节点状态表的表项包括：副本源端节点的网络地址和节点状态值；
其中，根据副本源端节点的节点负载度、数据请求实体到副本源端节点的网络距离，以及传输路径的路径拥塞度，综合计算获得节点状态值；
具体地，所述节点状态值的计算方法为：
Value＝f(Hops,Load,Congestion)
其中，Value为节点状态值；f()可以通过优化目标灵活定义；Hops为节点间网络距离；Load为副本节点的负载度；Congestion为节点间传输路径的拥塞度；
综合三类参量评估副本源端节点状态，优选地，计算方法如下：
Value＝α*Hops+β*Load+γ*Congestion
其中，α,β,γ∈(0,1)，α+β+γ＝1。
数据请求实体根据节点状态值，选择状态最佳的副本源端节点发起数据块的传输请求，并通过对数据传输信息的采集进行相应节点状态值的更新；
如图2所示，ICN网络的副本选择方法的一个具体实施示例图，流程如下：
(1)数据发布源产生由对象分割成的数据块后，发布数据块chunk1；
(2)终端用户User1请求获取chunk1，构造数据标识EID1、解析限定条件RTT<200ms和目的地址为数据发布源的网络地址的数据请求报文request#1，即该数据请求报文包含：数据块标识(ID1)、现场名字解析的距离约束范围，也叫限定条件(200ms)、目的地址为数据发布源的网络地址(这里就是图2的source的IP地址)；边缘路由器NA6收到该数据请求报文后，向现场解析节点ENRS1发起EID1的解析请求，现场解析节点1检测到RTT<200ms内没有存储chunk1的数据源节点，则返回现场解析结果为空；边缘路由器会继续向全局名字解析节点(图2中未画出)发起ID1的解析查询请求，并收到全局解析结果仅有一个(如果不是一个，会使用网络距离最近的策略选择一个)，为source的网络地址；source的网络地址与请求报文request#1原有的目的地址统一，因此，接收request#1的边缘路由器NA6不修改该数据请求报文的目的地址，直接将该数据报文转发；数据发布源收到请求后回复chunk1；假设传输路径中所有带缓存能力的路由器都成功缓存该数据块，即NA1、NA4、NA6缓存chunk1；
(3)终端用户User2请求获取chunk1，边缘路由器NA5收到目的地址为chunk1的网络地址的数据请求报文request#2，向现场解析节点ENRS1发起解析EID1的请求解析，收到NA4和NA6，缓存有该数据块chunk1的路由器的网络地址，边缘路由器NA5查询节点状态表中NA4和NA6状态值，即7.4和8.1，并向状态最好(即状态值最低)的NA4发起数据请求；
(4)边缘路由器NA5根据传输结果的反馈信息更新节点状态表。其中，ICN网络中的所有边缘路由器均会维护上述节点状态表，并执行完整的副本选择的操作。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种信息中心网络副本选择方法，ICN网络将对象分割成多个数据块，数据请求实体根据数据块标识从名字解析***查询和获取多个副本的网络地址列表后，选择副本源端节点，其特征在于，该方法包括：
依据数据请求实体与副本源端节点的距离，采用不同的节点状态信息维护和选择策略，优先选择节点间距离约束范围内的副本源端节点发起数据块的传输请求；
针对节点间距离约束范围内的副本源端节点，数据请求实体在本地为其维护节点状态表；节点状态表的表项包括：副本源端节点的网络地址和节点状态值；
其中，根据副本源端节点的节点负载度、数据请求实体到副本源端节点的网络距离，以及传输路径的路径拥塞度，综合计算获得节点状态值；
数据请求实体根据节点状态值，选择状态最佳的副本源端节点发起数据块的传输请求，并通过对数据传输信息的采集进行相应节点状态值的更新；
针对节点间距离约束范围外的副本源端节点，不维护节点状态表信息，仅通过网络距离进行副本节点的选择；
所述节点间距离约束范围，通过现场名字解析***和全局名字解析***获得；节点间距离约束为数据请求实体和副本源端节点之间的距离，用于标识数据请求实体周围网络距离跳数范围内或时延范围内的副本源端节点。
2.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述数据请求实体包括位于信息中心网络和其他网络交界处的边缘网络设备；其中，所述其他网络交界处的边缘网络设备是网关或边缘路由器；
所述数据请求实体还包括信息中心网络终端用户设备。
3.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述名字解析***接收来自数据请求实体的名字解析请求，名字解析请求的请求参数包括：数据块标识信息，响应为该数据块标识对应的副本源端节点的网络地址列表；
所述名字解析***包括：现场名字解析***和全局名字解析***；
所述现场名字解析***包括多个现场名字解析节点，用于提供具有确切距离约束的名字解析服务，使得数据请求实体获得的现场解析结果仅包含在该节点间距离约束范围内的副本源端节点；
所述全局名字解析***包括多个全局名字解析节点，用于提供整个ICN网络的名字解析服务，使得数据请求实体获得的全局解析结果包含在整个ICN网络中的副本源端节点；
其中，现场名字解析节点和全局名字解析节点均为解析节点；现场名字解析***的距离约束范围是通过节点间时延决定；所述现场解析结果为节点距离约束范围内的匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点；所述全局解析结果为整个ICN网络中，节点距离约束范围外的、距离数据请求实体的网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点。
4.根据权利要求3所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述现场解析结果的获取过程如下：
向现场名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断现场名字解析节点返回的距离约束范围内的解析查询结果列表是否为空；
若解析查询结果列表为非空，则转至下一步；
维护解析结果的网络地址列表对应的副本源端节点的节点状态表；
在解析结果列表中匹配副本节点状态表中状态值最高的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求；
若解析查询结果列表为空，则向全局名字解析节点发起名字解析查询请求；
判断全局名字解析节点返回的解析结果列表是否为空，如果返回的解析结果列表为非空，则转至下一步；如果返回的解析结果列表为空，则返回无可服务副本源端节点；
在全局名字解析结果列表中选择网络距离最近的副本源端节点作为数据服务节点，发送数据请求。
5.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间和该副本源端节点数据块服务负载数决定。
6.根据权利要求5所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述节点负载度由该副本源端节点的服务响应时间以及该副本源端节点数据块服务负载数的乘积计算获得。
7.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述网络距离是跳数或往返时延。
8.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述路径拥塞度由数据报文在传输路径中的排队时延决定；
其中，排队时延通过当前传输时延减去历史最小传输时延计算获得。
9.根据权利要求1所述的信息中心网络副本选择方法，其特征在于，所述数据传输信息的采集包括：数据请求实体对数据传输路径和副本源端节点的主动探测；还包括：每次实际数据传输过程的反馈信息。
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