[发明专利]一种基于位图的MBF数据索引结构对数据快速检索的方法

说明书

本发明公开了一种基于位图的MBF数据索引结构对数据快速检索的方法，包括：B‑MBF数据索引结构的设计、在数据索引结构中插入数据、对插入数据之后的数据索引结构进行数据检索；B‑MBF数据索引结构包括一个MBF和一个字节数组Bitmap，MBF由一个BF和一个MA定位数组组成；BF用于判断要检索的数据名称是否在插入数据之后的数据索引结构中；MA是与BF具有映射关系的比特数组，用于判断要检索的数据名称在字节数组Bitmap中的位置；字节数组Bitmap用于存储要检索的数据名称所对应的地址偏移量。该结构可以利用一个哈希函数得到K次哈希映射值，因此利用该结构可以实现数据的快速插入及检索操作，能够满足百万级别数据处理速度的需求。

技术领域

本发明属于高性能路由器索引结构设计领域，特别针对命名数据网(Named DataNetworking)转发平面中索引结构的快速检索问题。

背景技术

近年来，随着互联网规模不断扩大，5G通信技术以及AR/VR视频技术不断发展，用户对于随时随地广泛分发、共享数据信息的需求越来越强烈。然而基于传统TCP/IP技术的互联网通信模型却逐渐暴露出IP地址空间耗尽、移动性差、网络利用率低等弊端，使得无法满足用户对于低延时数据传输、高质量通信的要求。因此，一种新型未来网络架构命名数据网被提出，以应对TCP/IP网络的不足。

不同于传统的TCP/IP网络，命名数据网建立全新的网络架构体系，使用面向数据内容的通信模式，以内容名称代替IP地址，即不再关心内容存储的物理地址，而仅关心内容本身。通过在网络节点部署缓冲存储器，命名数据网极大地提高了网络资源的共享率，降低了网络负载，提升了数据传输的性能。

为了充分发挥命名数据网的优势，要求其路由器转发平面具有高效的性能，以支持更快速的数据处理操作。其中，数据索引结构是提高转发平面性能的关键。索引结构不仅会影响转发平面的检索速度，还会影响其存储消耗以及对转发策略的支持。因此，设计一个新型的数据索引结构来满足当前转发平面对百万级别数据处理速度的需求具有重要意义。然而，目前常用的基于Name Component Encoding(名称组件编码)方法、Hash(哈希)方法、Bloom filter(布隆滤波器)技术的数据索引结构，都不能完全满足转发平面的需求。

发明内容

针对现有技术，本发明提供了基于位图的MBF数据索引结构对数据快速检索的方法，其中设计了一种针对命名数据网转发平面特点的新型数据索引结构，该结构可以实现快速数据插入及检索操作，能够满足百万级别数据处理速度的需求。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于位图的MBF数据索引结构对数据快速检索的方法，包括：基于位图的MBF数据索引结构的设计、在所述数据索引结构中插入数据、对插入数据之后的数据索引结构进行数据检索；具体步骤如下：

步骤一、设计基于位图的MBF数据索引结构：基于位图的MBF数据索引结构包括一个可定位型布隆滤波器MBF和一个字节数组Bitmap，其中，所述可定位型布隆滤波器MBF由一个通用型布隆滤波器和一个定位数组组成；其中，所述通用型布隆滤波器用于判断要检索的数据名称是否在所述插入数据之后的数据索引结构中；所述定位数组是与所述通用型布隆滤波器具有映射关系的比特数组，用于判断要检索的数据名称在字节数组Bitmap中的位置；所述字节数组Bitmap用于存储要检索的数据名称所对应的地址偏移量；

步骤二、在步骤一所设计的基于位图的MBF数据索引结构中插入数据名称，每插入一个数据名称的过程包括：

步骤2-1、定位数组初始化：将定位数组中的所有比特位初始化为0；

步骤2-2、输入数据名称：将数据名称输入到上述的基于位图的MBF数据索引结构中；

步骤2-3、对该数据名称进行K次哈希编码：所述哈希函数选用CityHash256，同时，根据通用型布隆滤波器的大小来确定编码长度及编码次数K值；