[发明专利]一种基于历史记录的信息中心网络的多径转发方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于历史记录的信息中心网络的多径转发方法及 系统。

背景技术

基于TCIP/IP架构的互联网经历了几十年的发展，在不断适应上、 下层出现的新技术的同时显得比较稳定。然而，各种新型应用的出现 反过来又驱动着互联网朝着以信息为中心的方向发展，并暗示着一个 基于信息交付、缓存和实时处理的新的通信模型，比如区分网络服务、 云计算、社交网络等。现有的内容交付解决方案大多是在IP协议之上 进行覆盖，比如现有的CDNs结构，然而它由于在服务保证、资源利 用上的低效性而饱受争论。然而，和现有的点到点通信不同，学术界 提出了了一系列的信息中心网络(InformationCentricNetwork，ICN) 架构，尽管它们在命名的方式、数据块大小的分配等方面不尽相同， 但是他们都支持基于名字的网络层协议。ICN架构提倡基于名字的通 信，由用户端驱动、基于名字的路由实现，以单径或者多径的方式进 行转发。当然它也支持泛在的网络缓存。

多径转发技术可以调整对各个链路的负载情况，提高缓存的利用 率，同时还可以有效的减小链路失效、网络拥堵带来的影响。ICN架 构中的多径技术比TCP/IP的多径更具挑战性。首先，TCP/IP是一个面 向连接的拥塞控制方法，在预先计算好的静态路径上由源端执行拥塞 控制算法；然而，在ICN中，除了客户端，中间节点也可以实时的对 转发进行决策。其次，由于ICN中每个节点都有缓存，客户端发出的 兴趣包既可以在源端得到满足，也可以在中间的缓存节点得到满足， 这样在客户端来看网络的往返时延就具有比较大的波动区间，会导致 窗口的频繁变动以及不必要的数据重传。最后，由于网络的节点有缓 存功能，对于转发的数据包会进行相应的存储策略，在ICN中，请求 的多径转发会影响网络缓存的效率，比如同一个请求，沿着某一路径 可能在中间节点就得到了满足，而沿着另外的路径可能得到远端获取， 相比之下，后者的缓存替换的更为频繁，导致网络的冗余度也更高。

传统的多径转发方案中比较典型的是随机转发方法，我们称之为 Random。具体来说，如图1所示，假设一个ICN节点R1有三个可选 的下一跳节点{R2，R3，R4}，并且都能到达服务器，对应的出口为{f1， f2，f3}。当R1收到一个名字前缀为“/a”的请求，按照random策略， R1会从三个可达内容“/a”服务器的出口中随机的选出一个出口，如 果选出的是出口f3，则将请求从f3口转发出去。

Carofiglio等提出了一个结合ICN特点的拥塞控制算法，我们称之 为fib-weight方法。在此方法中，ICN节点给FIB的每个前缀出口添加 一个权重w，当需要转发一个兴趣包时，ICN节点根据FIB中可选出 口的权重进行带权重的随机选择，然后将兴趣包转发出去。

出口的权重w与ICN节点平均每个端口的待定兴趣包数目有关 (待定兴趣包为由该节点转发，但还未收到与所述兴趣包对应的数据 包的兴趣包)，假设ICN节点每个端口的平均待定兴趣包数目为 avg_PI，当收到一个数据包或者一个兴趣包时，平均待定兴趣包数目进 行更行，相应的权重也进行更新，

avg_PI(face,prefix)＝α·avg_PI+(1-α)·I(face,prefix),

w(face,prefix)＝1/avg_PI(face,prefix),

其中，α是一个系数，I(face,prefix)是一段时间内ICN节点的接口 face收到的前缀为prefix的兴趣包的数目，avg_PI是ICN节点各个接 口平均的待定请求兴趣包的数目，总的待定兴趣包的数目，也就是对 每个前缀的入口记录中接口数目的总和可以从ICN节点的PIT中获得， avg_PI(face,prefix)是ICN节点更新后的接口face的前缀为prefix的兴 趣包数目，w(face,prefix)是ICN节点的接口face对于前缀为prefix的 权重值。

如此，某个出口平均请求数目越大，意味着在未来一段时间内， 从该出口返回的数据包的数目也越多，简单来讲，该出口将会比较繁 忙，发生拥堵的可能性也较大，而出口的权重与平均待定请求的数目 成反比，那么该出口的权重就会比较小。