基于NDN架构的无线数据传输方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通信技术领域，公开了一种基于NDN架构的无线数据传输方法、装置及系统，以丰富数据传输的多样性和精准性，提高无线NDN数据传输效率，并提高资源利用率。首先对PIT表拓展属性增加MAC地址，表示该Interest请求的前缀由哪个MAC地址发出，同时增加MAC地址属性到FIB表所对应的转发接口上。因此，在无线NDN环境下，可以通过对返回数据的前缀所对应的MAC地址的数量对该数据类型进行判断，如果该Interest请求条目对应多个MAC地址，则表示该数据为组播数据；如果该Interest条目只对应一个MAC地址，则表示说明该数据是单播数据。

【技术实现步骤摘要】
基于NDN架构的无线数据传输方法、装置及系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于NDN架构的无线数据传输方法、装置及系统。
技术介绍
随着移动无线网络的快速发展和便携移动设备的普及化，人们对无线网络的需求已不仅仅满足于端到端通信。当前，以信息为中心的通信模式得到迅速发展，命名数据网络(NamedDataNetworking,NDN)作为一种革命式的未来互联网架构，以命名数据取代IP，直接以内容名字进行路由，数据传输采用“发布-请求-响应”模式，实现点到多点高效的内容分发。不同于传统IP网络通过提升端到端通信链路质量来减少通信延时和通信中断等问题，命名数据网络的通信模式更关注如何更快地得到内容信息，而非从哪里得到。NDN报文主要由请求包(Interest)和数据包(Data)组成。NDN路由机制上保留了类似IP路由的转发路由表(ForwardingInformationBase，FIB)，增加了待处理请求表(PendingInterestTable，PIT)、以及内容缓存(ContentStore，CS)数据结构，FIB用于匹配合适的转发接口，CS用于内容的缓存，PIT保留所收到的请求包，当和PIT中的某个请求对应的数据包发回时，将被传递到相应的接口。NDN使用和IP类似的基于存储在FIB和PIT中的信息的最长前缀匹配转发。NDN不仅在原理上避免了网络冲突和拥塞，摆脱了传输对端到端连接的依赖，实现了多链路路由，同时基于网络内缓存实现了就近获取、负载平衡，从而大大提高了大规模内容分发的性能、效率和可靠性。由于NDN所具有独特的移动性优势，NDN架构将会在无线场景下具有非常大的实际应用前景。但当前的NDN协议和网络应用主要针对有线环境下，在无线环境下的研究较少，缺乏关键技术，严重影响NDN在无线网络应用。由于NDN通过命名机制对数据进行路由和转发，因此无线NDN环境下在不知道目的地址的情况下，当前NDN在无线环境下均以广播形式传送数据，将导致终端接收到不属于它的数据，无法区分广播数据、组播数据和单播数据；并将导致所有的终端处于唤醒状态，进而导致严峻的能耗挑战。为提高无线NDN数据传输效率，本专利技术设计一种基于NDN架构的无线数据传输方法，利用PIT状态记录每个Interest对应的MAC地址，当Data返回时，首先检查其前缀对应的MAC地址数量，以区分通过何种形式(广播，组播，单播)传输数据，使得无线NDN高效传输数据。
技术实现思路
本专利技术目的在于公开一种基于NDN架构的无线数据传输方法、装置及系统，以丰富数据传输的多样性和精准性，避免千篇一律采用广播形式所引起的一些非关联终端的能耗浪费，进而实现：在提高无线NDN数据传输效率的同时，还一并提高资源的利用率。为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于NDN架构的无线数据传输方法，包括：(1)Interest包转发过程：STA首先发送Interest请求至AP，AP根据收到的Interest更新PIT表，如果STA请求的Interest前缀没有在PIT表中匹配到，将该Interest对应的前缀以及对应的接口和MAC地址记录到PIT表和FIB表中，产生一个新的条目；如果该STA的请求的条目在PIT表中匹配到，则进一步判断所匹配条目已存在的MAC地址是否包括当前该Interest的MAC地址，如果判断结果为是，将该Interest聚合且终止转发出去，并更新该条目的生存周期至当前时间；如果判断结果为否，在将该Interest聚合且终止转发出去的同时，将该STA的MAC地址增加到该条目的PIT表和FIB表中，并更新该条目的生存周期至当前时间；(2)Data包返回过程：当AP收到数据返回时，首先通过数据包的前缀与PIT的条目进行匹配，如果没有该条目，则直接丢弃该数据包；如果匹配到该条目，通过判断该条目对应MAC地址数量来区分该数据包类型，如果该条目对应一个MAC地址，判断该数据包类型是单播，按单播机制进行数据处理，如果该条目对应多个MAC地址，判断该数据包类型是组播，按组播机制进行数据处理。可选的，本专利技术的单播机制数据处理具体可采用802.11的TIM(TrafficIndicationMap，流量指示图)机制，组播机制数据处理具体可采用802.11的DTIM机制。优选地，本专利技术单播及组播的数据处理具体为：重定义802.11的Bitmap，以首位为0表示单播数据，以及以首位为1表示组播数据,并以PartialVirtualBitmap中的至少两个不同位置AID的值为1分别表示组播所对应的各该STA有缓存的组播数据；然后通过重定义的Bitmap和802.11的TIM机制对单播数据和组播数据分别进行下述处理：单播数据处理过程：如果AP收到的数据为单播数据，首先将数据缓存至CS，并设置该节点对应的bitmap位，以表示对应的STA有数据缓存在AP节点上，然后等待发送Beacon帧通知该STA；该STA收到带有其缓存通知的Beacon帧，然后根据单播标识通过发送PS-Poll帧至AP请求该缓存的数据，AP收到对应的PS-Poll帧后，将缓存的数据发送给该STA；组播数据处理过程：如果AP收到的数据为组播数据，首先将数据缓存至CS，并设置组播数据所对应STA的至少两个bitmap位，以表示组播所对应各该STA所请求相同的数据已经缓存在AP上，然后发送Beacon帧广播告知；当所设置bitmap位所对应的各该STA收到带有其缓存通知的Beacon帧后，根据组播标识等待组播数据的发送并避免发送PS-Poll帧，同时，收到Beacon帧广播的非bitmap位指定的其他STA则以忽略该Beacon帧的方式避免被唤醒。基于上述重新定义Bitmap，不需要对现有802.11协议进行大量修改，使得TIM机制可以利用Bitmap表示组播数据，在一定程度上降低数据延迟，如果利用DTIM(DeliveryTrafficIndicationMessage)机制发送组播数据将导致至少一个Beacon周期的延迟。藉此，可保证所有移动终端高效接收组播，且只接收属于它自己的组播，并且利用TIM机制在一定程度上降低数据时延，进而有效解决当前无线NDN组播能耗问题。为实现上述目的，本专利技术还公开一种基于NDN架构的无线数据传输系统，包括STA和AP，所述STA和AP都设置有各自的存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述STA和所述AP配合执行各自相对应的计算机程序时实现上述方法的步骤。为实现上述目的，本专利技术还公开一种STA，设置有存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法中对应STA的步骤。为实现上述目的，本专利技术还公开一种AP，设置有存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法中对应AP的步骤。综上，本专利技术具有以下有益效果：利用无线NDN网络特性，重定义了无线NDN的组播并提供了对应的组播识别机制，增加每个Interest请求前缀对应MAC地址属性到PIT表中(优选地，该属性还可以同步到FIB中)，通过判断每个条目所对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NDN架构的无线数据传输方法，其特征在于，包括：(1)Interest包转发过程：STA首先发送Interest请求至AP，AP根据收到的Interest更新PIT表，如果STA请求的Interest前缀没有在PIT表中匹配到，将该Interest对应的前缀以及对应的接口和MAC地址记录到PIT表和FIB表中，产生一个新的条目；如果该STA的请求的条目在PIT表中匹配到，则进一步判断所匹配条目已存在的MAC地址是否包括当前该Interest的MAC地址，如果判断结果为是，将该Interest聚合且终止转发出去，并更新该条目的生存周期至当前时间；如果判断结果为否，在将该Interest聚合且终止转发出去的同时，将该STA的MAC地址增加到该条目的PIT表和FIB表中，并更新该条目的生存周期至当前时间；(2)Data包返回过程：当AP收到数据返回时，首先通过数据包的前缀与PIT的条目进行匹配，如果没有该条目，则直接丢弃该数据包；如果匹配到该条目，通过判断该条目对应MAC地址数量来区分该数据包类型，如果该条目对应一个MAC地址，判断该数据包类型是单播，按单播机制进行数据处理，如果该条目对应多个MAC地址，判断该数据包类型是组播，按组播机制进行数据处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NDN架构的无线数据传输方法，其特征在于，包括：(1)Interest包转发过程：STA首先发送Interest请求至AP，AP根据收到的Interest更新PIT表，如果STA请求的Interest前缀没有在PIT表中匹配到，将该Interest对应的前缀以及对应的接口和MAC地址记录到PIT表和FIB表中，产生一个新的条目；如果该STA的请求的条目在PIT表中匹配到，则进一步判断所匹配条目已存在的MAC地址是否包括当前该Interest的MAC地址，如果判断结果为是，将该Interest聚合且终止转发出去，并更新该条目的生存周期至当前时间；如果判断结果为否，在将该Interest聚合且终止转发出去的同时，将该STA的MAC地址增加到该条目的PIT表和FIB表中，并更新该条目的生存周期至当前时间；(2)Data包返回过程：当AP收到数据返回时，首先通过数据包的前缀与PIT的条目进行匹配，如果没有该条目，则直接丢弃该数据包；如果匹配到该条目，通过判断该条目对应MAC地址数量来区分该数据包类型，如果该条目对应一个MAC地址，判断该数据包类型是单播，按单播机制进行数据处理，如果该条目对应多个MAC地址，判断该数据包类型是组播，按组播机制进行数据处理。2.根据权利要求1所述的基于NDN架构的无线数据传输方法，其特征在于，按单播机制进行数据处理具体采用802.11的TIM机制。3.根据权利要求1所述的基于NDN架构的无线数据传输方法，其特征在于，按组播机制进行数据处理具体采用802.11的DTIM机制。4.根据权利要求1所述的基于NDN架构的无线数据传输方法，其特征在于，单播及组播的数据处理具体为：重定义802.11的Bitmap，以首位为0表示单播数据，以及以首位为1表示组播数据,并以PartialVirtualBitmap中的至少两个不同位置AID的值为1分别表示组播所对应的各该STA有缓存的组播数据；然后通过重定义的Bitmap和802.11的TIM机制对单播数据和组播数据分别进行下述处...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳旺，吴帆，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43