基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法制造技术

本发明专利技术公开了基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法，将命名数据网络中多约束条件分为QoS服务约束和按级匹配约束，结合粒子群算法的特点，在命名数据网络的路由层上增加一个控制层，控制层中有一个名为PSO信息表的表结构，用来保存粒子群算法对命名数据网络路由探索的信息，之后基于粒子群优化，针对不同的QoS需求为其进行了路径优化选择，使NDN命名数据网络能够更好的提供满足QoS要求的服务。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法
本专利技术涉及计算机命名数据网络路由优化
，具体涉及基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法。
技术介绍
命名数据网络NDN(NamedDataNetworking)是一种以命名数据为主要通信对象的网络体系结构，是信息中心网络的一种特例。在NDN中，通过给数据命名并根据数据包的名字信息进行通信，改变了目前命名数据网络基于IP地址的通信方式，在鲁棒性和扩展性等方面相对于TCP/IP命名数据网络表现尤为突出。NDN中的通信由内容请求者驱动，即内容请求者首先需要发送数据请求，内容发布者再根据数据请求将相应的数据发送给内容请求者。NDN中包含两种格式包，兴趣包(InterestPacket)和数据包(DataPacket)，其中Interest包是用户为请求数据而发送的包含名字信息的请求包，而Data包中则包含用户要请求的真正数据，其中Data包和Internet包的名字信息相同。所有的包均被内容路由器以逐跳转发的方式进行转发处理，每个内容路由器包含三种表结构，分别为信息转发表FIB(ForwardingInformationBase)、待定请求表PIT(PendingInterestTable)和内容存储器CS(ContentStore)。CS中存储的是内容发布者发送而来的数据，PIT表存储的是已经被当前节点转发出去的interest包的名字信息及其对应的“上游”(UpStream)接口；FIB表记录的是对应名字信息的interest包可以被转发的“下游”(DownStream)接口集合，用来将interest包转发到匹配的下一接口，如果没有匹配的接口，则这个interest包将被丢弃。NDN中的interest包路由转发方法为NDN领域研究热点。目前所提出的路由方法包括：全转发方法和随机转发方法，全转发方法是路由节点将internet包根据FIB中的接口集合向所有下一跳接口转发，这样会导致命名数据网络中存在大量的冗余流量，而随机转发策略则是路由节点为internet包随机选择一个接口进行转发，避免了命名数据网络流量的冗余，但是无法保证以最优的路径获取请求的数据；一种分层的NDN路由方法被提出对路由过程进行控制，该方法将路由控制分成2个层次进行处理，即拓扑维护层和名字前缀发布层，前者维护整个NDN的拓扑结构，并计算最短路径树，后者负责在最短路径树上发布名字前缀，避免向所有节点的FIB发送名字前缀信息，解决了FIB表中内容条目过多的问题；一种基于内容流行度的路由选择算法被提出用来概率性选择路径，该方法在路由中引入内容流行度的分析和考虑，将用户访问内容对象的行为特征以及兴趣偏好的分析融入到路由选择算法中，降低了用户的请求失效率；一种邻居缓存路由策略被提出用来优化存储资源，将路由节点缓存因素引入到路由决策中，充分利用了NDN节点CS中缓存的数据，减少了命名数据网络中的冗余流量并提高了命名数据网络的整体性能；一种名为服务内容中心路由的路由方法被提出用来优化路径选择，该路由方法基于蚁群优化，其思想是将内容中心命名数据网络CCN(Content-CentricNetworking)中各内容服务器负载轻重以及链路时延大小作为优化参数的路由依据，其核心是在CCN上添加一个控制层，并在控制层更新路由表，而真实的数据则在CCN层根据路由表信息直接传输。虽然这些算法都根据各自的需求取得了一定效果，但以上这些算法都只单一地归属为以时延作为评价标准的最短路径路由方法DSPR(Delay-shortestPathRouting，或以剩余带宽作为评价标准的最宽带宽路由方法BWPR(Bandwidth-widestPathRouting)。这些路由算法虽然可以保证找到某一单约束最优的路径，但是却不一定能满足多约束路由。例如DSPR算法可以找到一条通信开销最小的路径，但这条路径上的某些链路可以不能满足时延或者带宽的要求，从而导致整个命名数据网络的服务质量的降低。因此，对于将要承载多种服务类型的NDN命名数据网络，以上算法就不能根据不同的服务质量QoS(QualityofService)需求为其选择不同路径转发，极大地限制了这些路由方法的适用性。因此，在命名数据网络中提出一种支持多约束的并且提供区分的QoS服务的路由算法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法，能有效支持命名数据网络QoS的路由方法，本专利技术称所提出方法为基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法PSO-QoSR(ParticleSwarmOptimization-basedQoSRouting)。本专利技术的技术方案可以分为以下几个部分：基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法，包括以下步骤：步骤1、定义QoS度量参数包括通信开销cost、时延delay和带宽bandwidth，定义Pst表示内容发布者和内容请求者之间的路由路径，emn表示连接命名数据网络中相邻节点m和n的链路，BQoS、DQoS和CQoS分别为带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost的QoS要求，Bmn、Dmn和Cmn分别为链路emn的带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost；步骤2、在命名数据网络的路由层上增加一个控制层，控制层包含PSO信息表，PSO信息表包含内容名字信息ContentName和内容名字信息ContentName对应的各个接口face，PSO信息表还包括各个接口face对应的全局最优位置PSO信息表还包括内容名字信息ContentName对应的全局最优适应度值还包括第i个粒子对应的个体最优适应度值fiS，还包括第i个粒子对应的各个接口face的当前位置当前速度个体最优位置其中i代表第i个粒子，j代表第j个接口；步骤3、以主动探测模式对嗅探interest包进行路由转发和PSO信息表更新，具体为：步骤3.1、若节点请求过内容名字信息ContentName，则进入步骤3.2；若节点没有请求过内容名字信息ContentName，则为节点中内容名字信息ContentName对应的每个接口face初始化一组粒子，对每个粒子的各个接口face的当前速度vij和当前位置xij进行0～1随机初始化，其中i代表第i个粒子，j代表第j个接口，对每个粒子的各个接口face的当前速度vij和当前位置xij进行归一化处理，步骤3.2、选择粒子的各个接口face的最大的当前位置xij对应的接口face作为下一跳接口face发出嗅探interest包；步骤3.3、内容发布者收到嗅探interest包后，生成相应的嗅探data包，计算当前路由路径的适应度值fiS(now)，将当前路由路径的适应度值fiS(now)和当前路由路径中的QoS度量参数的带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost复制到嗅探data包相对应的字段，然后沿嗅探interest包所经过当前路由路径的反向当前路由路径，原路回送到内容请求者，步骤3.4、反向当前路由路径中每个命名数据网络中的节点收到嗅探data包时，根据嗅探data包中当前路由路径的适应度值fiS(now)更新各个节点的PSO信息表，具体步骤如下：步骤3本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、定义QoS度量参数包括通信开销cost、时延delay和带宽bandwidth，定义P

【技术特征摘要】
1.基于粒子群的命名数据网络多约束路由算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、定义QoS度量参数包括通信开销cost、时延delay和带宽bandwidth，定义Pst表示内容发布者和内容请求者之间的路由路径，emn表示连接命名数据网络中相邻节点m和n的链路，BQoS、DQoS和CQoS分别为带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost的QoS要求，Bmn、Dmn和Cmn分别为链路emn的带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost；步骤2、在命名数据网络的路由层上增加一个控制层，控制层包含PSO信息表，PSO信息表包含内容名字信息ContentName和内容名字信息ContentName对应的各个接口face，PSO信息表还包括各个接口face对应的全局最优位置PSO信息表还包括内容名字信息ContentName对应的全局最优适应度值还包括第i个粒子对应的个体最优适应度值还包括第i个粒子对应的各个接口face的当前位置当前速度个体最优位置其中i代表第i个粒子，j代表第j个接口；步骤3、以主动探测模式对嗅探interest包进行路由转发和PSO信息表更新，具体为：步骤3.1、若节点请求过内容名字信息ContentName，则进入步骤3.2；若节点没有请求过内容名字信息ContentName，则为节点中内容名字信息ContentName对应的每个接口face初始化一组粒子，对每个粒子的各个接口face的当前速度vij和当前位置xij进行0～1随机初始化，其中i代表第i个粒子，j代表第j个接口，对每个粒子的各个接口face的当前速度vij和当前位置xij进行归一化处理；步骤3.2、选择粒子的各个接口face的最大的当前位置xij对应的接口face作为下一跳接口face发出嗅探interest包；步骤3.3、内容发布者收到嗅探interest包后，生成相应的嗅探data包，计算当前路由路径的适应度值计算出来，将当前路由路径的适应度值和当前路由路径中的QoS度量参数的带宽bandwidth、时延delay、通信开销cost复制到嗅探data包相对应的字段，然后沿嗅探interest包所经过当前路由路径的反向当前路由路径，原路回送到内容请求者；步骤3.4、反向当前路由路径中每个命名数据网络中的节点收到嗅探data包时，根据嗅探data包中当前路由路径的适应度值更新各个节点的PSO信息表，具体步骤如下：步骤3.4.1、根据嗅探data包中的内容名字信息ContentName查找节点中的PSO信息表对应的内容名字信息ContentName，确定转发嗅探data包的粒子；步骤3.4.2、更新转发嗅探data包的粒子的各个接口对应的当前速度和当前位置转发嗅探data包的粒子的各个接口face对应的当前速度更新公式定义如下：ω代表惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯睿，常宇宙，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42