[发明专利]一种面向内容网络中内容名存储结构的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络领域，具体涉及面向内容网络路由器内缓存表中内容名存储结构。

背景技术

面向内容网络是未来网络研究的重要内容，是针对现有网络体系结构限制高效内容分发功能的实现而提出的全新的网络体系结构，典型代表有命名数据网络（Named Data Networking）、ICN(Information-Centric Networking)项目等。以网络中传播的内容数据为核心，以内容互联取代主机互联。通过使用内容名标识每一个内容，每一个内容都有一个可路由查找的内容名。网络中主要有两种数据包：内容请求包(Interest packet)和内容数据包(Data packet)，请求数据包用于发送对内容的请求，接收到该请求的节点如果能满足该请求就通过内容数据包来发送响应数据。

以内容名为网络中查找路由的唯一地址，面临的问题有：网络中内容海量存在，即内容名空间巨大；内容名长度不一，与IP地址的固定长度作对比，该特点尤为明显。目前内容命名方法主要有平坦命名和分层命名。分层结构化命名允许内容名具有任意个分层，每一个分层可以是任意长度的字符串，解决了内容名空间的可扩展性。

采用分层命名方式对内容名命名，可实现网络路由的可扩展性：分层命名可实现名字空间的聚合、实现内容名与内容资源绑定，利用内容资源分层命名的特点可以设计出可扩展的数据结构对内容资源进行缓存及快速查找。而平坦命名方式则不具有这些特点。

面向内容网络中，如何提高路由器上内容的有效管理以及内容名的快速查找，路由是提升网络服务能力的关键点，因此为提升网络服务能力，需要在路由器内设计内容名存储结构以解决在路由器上缓存的内容的快速查找、插入、删除等内容名管理问题。在对路由器上内容名存储结构与快速查找算法研究中，国内外主要有多种方法。例如：

（1）利用内容名分层的特点，采用基于哈希表和Trie树混合数据结构。通过对整个内容名前缀空间进行名字关键字穷举，在Trie树结构基础上使用hash算法已取得较快的内容查找效率，但是由于内容名的长度不定，Trie树中最大搜索深度和平均搜索深度都很大。

（2）基于跳表(SkipTable)对ICN中内容名存储结构的设计方法，跳表是在线性链表的基础上增加多级前向指针，使用这些指针可以跳过链表中的若干节点，提高查找效率。跳表不仅能提高查找检索的性能，并且可以同时提高插入以及删除操作的性能。但是由于跳表是一种已排序的快速查找，因此将内容名数字化以及排序引入较多的时间耗费。

（3）基于CBF(counting bloom filters)的数据结构进行内容名的快速查找。布隆滤波器是进行快速查找设计中典型的数据结构，但是仅仅支持查找而不能做删除操作。可计数的布隆滤波器是在布隆滤波器的基础上进行改造，使得滤波器具备计数功能，以支持删除。此种方法可以快速检索一个元素是否在一个集合里，空间效率和查询时间远远超过一般方法，但很难消除存在一定概率的误判。

（4）在面向内容项目中提出了基于散列表的内容名存储结构，利用散列算法快速的查找、插入和删除操作，为路由器上的内容名查找提供高效的管理方案，内容名中的前缀都是已知的，因此可以建立多层嵌套散列表（Nested Hash Tables），使用内容名前缀的每一个分层作为关键字进行散列查找。但由于较高散列冲突会导致查找效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向内容网络中内容名存储结构的设计方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

构建嵌套散列表，将嵌套散列表中各散列表替换为分段散列表得到嵌套分段散列表，所述分段散列表内各子表以布隆滤波器和位数组作为索引结构，嵌套分段散列表总体上是一个前缀树结构，不同的是每个节点由一个分段散列表组成，内容名的每个前缀分层对应前缀树结构中的一个节点，节点内使用分段散列表完成对内容名前缀分层的存储，内容名是采用分层结构化的命名方法对网络中的内容进行命名而确定的。

所述分层结构化的命名方法中，内容名总体结构上分为全域可路由域名、自组织域名和内容属性标示符三级。

完整内容名在嵌套分段散列表中的插入包括以下步骤：

1）对待插入的内容名第一分层使用嵌套分段散列表第一层分段散列表中的所有子表对应的散列函数进行散列寻址计算；

2）在每个子表中的位数组中对比对应地址是否冲突，并选择出无冲突的子表，在所述无冲突的子表中选择对应布隆滤波器中非零位最少的子表对所述内容名第一分层进行存储；