[发明专利]一种基于斯坦纳树的命名数据网络多播路由方法

说明书

本发明公开了一种基于斯坦纳树的命名数据网络多播路由方法，属于通信与网络技术领域。本方法在计算多播路由时，先通过预处理删掉网络拓扑中不可能出现在可行解中的点与弧，缩小网络规模，降低计算路由的运算时间和存储开销，然后将多播路由问题解释为有向图的斯坦纳树问题，通过构建最小多播树来求解多播路由。本发明方法考虑了命名数据网络中节点缓存的作用，缩小了网络规模，降低了构建最小多播树的计算成本。

技术领域

本发明涉及一种命名数据网络的计算多播路由方法，尤其涉及一种基于斯坦纳树的命名数据网络多播路由方法，属于通信与网络技术领域。

背景技术

近年来，为了应对传统互联网“以主机为中心”的思想所带来的问题，解决当前主流的寻址方式与急速增长的内容需求之间的矛盾，相关研究人员提出了命名数据网络(Named Data Networking，NDN)这一新型网络架构。在NDN中，用户直接利用命名前缀请求所需要的数据内容，而不是在每个数据包中都携带源节点与目的节点的IP地址。用户(数据的消费者)会发送一个包含用来标识请求内容的名字前缀的兴趣包，沿途的路由器会根据适当的路由算法和信息基于兴趣包中所包含的名字前缀来转发兴趣包。当兴趣包抵达源节点(数据的生产者)或者命中了某个中继节点的缓存时，就会有一个与名字前缀相匹配的数据包沿着与兴趣包传播的路径相反的方向传到用户(数据的消费者)处。因为网络中节点缓存与基于名字寻址这两个特点，所以NDN相较于传统的TCP/IP网络更容易实现数据分发与内容共享的通信任务。

NDN对于多播的支持，主要是添加“multicast”这一转发策略。其主要的实现方式为扩散方式：即信源把信息发送到所有的出链路上，每个网络节点都接收并转发信息，最终信息被发送到整个网络，但是只有多播组成员才能接受。这种方式虽然能够使得多播组成员都能接收到内容，但是非常浪费带宽资源，极易造成网络拥塞。除了扩散方式以外，还有以下几种方式来实现多播：(1)分别寻址方式：用点到点的通信来支持多点通信应用。信源分别向每个接受者发送信息。有多少个接收者，信源就要将相同的信息发送多少次。(2)多目的地寻址方式：信源使用可变长度的分组头来发送信息。分组的目的地址域内有多个目的地址(即接收者的地址)。(3)基于斯坦纳树的转发方式：构造一棵覆盖信源和接收者多播路由树，信源只需要发送一次数据，然后通过多播树来转发。数据在树的分叉处被复制，直至每个接收者。在以上的3种方式中，基于生成树的转发方式尽可能地共享链路，节省了网络资源。

但是，现有的基于斯坦纳树的多播路由方法都是针对传统通信网络设计的，并没有考虑节点缓存的作用，而且，当网络的规模变得很大时，此类方法的计算成本很高。

发明内容

本发明的目的是为了解决当网络规模很大时计算成本升高的问题，同时解决命名数据网络的多播路由问题，提出一种基于斯坦纳树的命名数据网络多播路由方法。

本方法在计算多播路由时，先通过预处理删掉网络拓扑中不可能出现在可行解中的点与弧，缩小网络规模，降低计算路由的运算时间和存储开销，然后将多播路由问题解释为有向图的斯坦纳树问题，通过构建最小多播树来求解多播路由。