[发明专利]一种降低NDN网络移动用户内容获取延迟的系统和方法

说明书

本发明涉及一种降低NDN网络移动用户内容获取延迟的系统和方法。该系统包括由NDN节点构成的NDN网络，以及包含移动节点、接入点AP的无线网络；移动节点负责发送Interest包和接收相应的Data包；所述NDN节点包含预测模块和重定向模块；当移动节点要切换到其他AP时，重定向模块将Interest包重定向到预测模块所预测的AP所对应的NDN节点上，该对应的NDN节点通过缓存的Data内容为即将连接的移动节点提供就近服务。本发明可大大降低通信时延，其可预测距离一跳的邻居节点的特性适用于因缓存开销过大而舍弃的正确的下一接入点这一场景，其可预测多跳的特性适用于移动节点高速移动并切换的场景。

技术领域

本发明专利申请属于计算机网络领域，具体地涉及命名数据网络(以下简称NDN网络)中提高移动用户获取内容性能的系统和方法。

背景技术

随着移动技术的快速发展，海量增长的移动设备数量及其移动特性使得传统互联网络的性能和服务质量下降，同时也大大降低了移动用户的服务体验质量。尤其当移动用户在不同的接入点之间进行切换时，重复请求相同的内容不仅浪费网络带宽，而且大大降低了从发送请求到收到数据内容的时间间隔(以下简称通信时延)。

近年来已经提出多种解决方案，致力于解决移动用户数量快速增长以及无缝切换的问题。

移动IP是传统网络中解决移动性问题的方法之一(L.Morand and S.Tessier,“Global mobility approach with Mobile IP inAll IPnetworks,”in Proc.of IEEEInternational Conference on Communications(ICC’02),pp.2075-2079,2002)。它使移动节点在切换接入点后仍保持正在进行的通信。在移动IP中，移动节点都有一个固定的家乡代理，当移动节点检测到切换到其他的接入点并获得转交地址时，移动节点向家乡代理注册当前的转交地址。同时家乡代理和其他路由器也会广播对移动节点家乡地址的可达性并接收发往移动节点家乡地址的数据包。家乡代理收到数据包后，通过隧道送往移动节点的转交地址。移动IP方案的最主要缺陷如下：(1)三角路由问题。当移动节点切换到一个新的接入点时，数据包总是要先被转发到家乡代理，然后再被转发给移动节点，这在一定程度上降低了数据包的路由和转发效率，而且增加了通信时延。当移动节点切换的比较频繁时，这一问题将会更加严重。(2)难以实现无缝切换。移动IP只是描述了切换的方法，并没有对如何降低切换延时、降低丢包率等方面深入考虑。(3)移动节点注册的转交地址开销较大。当移动节点切换比较频繁时，绑定更新的次数增加，再加上移动节点的数目之多，不仅考验着代理服务器的存储能力和计算能力，而且传输过程也将给网络增加很大的负担。

LISP类似于移动IP，只是LISP中的Locator的IP(RLOC)和目的节点ID的IP(EID)，不止可以是IP地址，也可以是类似于GPS坐标，MAC地址等任意元素(D.Farinacci,V.Fuller,D.Meyer and D.Lewis,“The locator/ID separation protocol(LISP),”RFC6830,2013)。LISP将RLOC和EID分离，主要是为了减少全球路由表的条目数量。LISP中，在网络层传输时只根据RLOC转发，当到达站点边缘时，则使用EID作为标识转发给移动节点。这种方案的主要缺点如下：(1)增大了报文大小。在发送数据包之前，携带着RLOC的LISP头被加到报文中，这无疑增大了报文的大小，在网络传输中也占用了部分网络带宽。(2)增加了延时和丢包率。这种方案中，报文封装之后，只有当查找到EID-to-RLOC mapping匹配项之后，报文才会被发送出去，而且在转发给移动节点之前，又需先将LISP头去掉，才能将其转发出去。这些处理过程都会增加包延时。如果在EID-to-RLOC mapping中没有找到匹配项或者匹配还没来得及更新，则报文丢失，这会导致较高的丢包率。