一种基于软件定义的内容中心网络路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于软件定义的内容中心网络路由方法，该方法利用控制器动态收集网络状态信息，并利用收集的状态信息动态更新内容路由器中的各个匹配端口的转发概率。随后，控制器从匹配端口中选择转发概率最大的端口作为兴趣包的转发端口，并通过控制信道向内容路由器下发指令。后续的兴趣包到达内容路由器并匹配到转发端口后，会往控制器指定的转发概率最大的端口转发兴趣包。本方法可以降低内容请求的平均时延，可以降低网络中传输的兴趣包数，还可以降低网络带宽开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内容中心网络路由领域，特别是一种基于软件定义的内容中心网络路由方法。
技术介绍
CCN(ContentCentricNetwork)通过对内容资源的直接命名，以及基于内容名称的路由来进行内容的分发和获取，其网络节点除了具有传统网络节点所具有的路由和转发能力外，还具备存储内容资源及服务内容请求的功能，节点性能较高。CCN有两种基本的包格式，即兴趣包(InterestPacket)和数据包(DataPacket)。兴趣包是请求者发出的内容请求包；数据包是内容服务节点(内容发布者或者网络缓存)将内容传输给请求者的内容包。每个路由节点都需要维护3类信息表，即转发信息表(ForwardingInformationBase，FIB)、待定兴趣表(PendingInterestTable，PIT)和内容存储表(ContentStore，CS)。FIB保存了内容名称前缀和到达此前缀代表的内容的下一跳端口；PIT记录了兴趣包的输入端口，该信息表为数据包提供回传路径；CS缓存流经该节点的内容资源并为后续内容请求提供服务。内容发布者以洪泛的方式向网络发布内容资源的注册信息，路由节点依据接收到的注册信息中的内容名称前缀以及注册信息的到达端口建立FIB，路由节点通过查询FIB来决定兴趣包的转发端口。由于初始的FIB采用泛洪的方式建立，并使用广播含有内容名字的链路状态数据包的方式更新FIB中的条目，因此对于同一个提供者会有多条路径到达，体现在FIB中就是同一个内容名称前缀对应多个转发端口。在原始CCN路由设计中，当路由节点在FIB中查找到关于某个内容名称前缀存在多个转发端口时，将会向所有的转发端口转发兴趣包，这种全转发方式会使网络中流量增多进而容易造成网络的拥塞，降低网络传输效率。其他常用的转发机制有随机转发机制和最短路径转发机制。随机转发机制的路由节点会在FIB对应条目中随机选择转发端口进行兴趣包的转发，这种方法虽然能有效的减少网络中的冗余流量、降低网络开销，但无法保证用户能稳定、快速地从最优的路径上获取资源，服务质量很难保证。为了解决如何为CCN中的兴趣包选择路径进行路由，国内外学者进行了大量研究。面向内容名称的CCN路由方案：命名数据链路状态路由(Named-dataLinkStateRouting，NSLR)通过广播链路状态声明LSA(LinkStateAdvertisement)来建立网络拓扑和传播内容名称前缀的可达性。当链路发生故障或者故障恢复时，以及本地内容提供者注册的内容名称前缀发生变化时，内容路由器都会向网络中广播LSA。NLSR广播的LSA包含两种，即邻接LSA和前缀LSA。邻接LSA用来声明和某内容路由器相连的所有链路，前缀LSA用来声明在某内容路由器上注册的某一个内容名称前缀。每个内容路由器都会周期性的刷新它要广播的LSA每一个内容路由器维持一个LSD(LinkStateDatabase)，来存储收到的所有LSA。当某一内容名称前缀有多个下一跳接口时，对于该内容名称前缀的所有下一跳接口，先保留某一个接口，删除其他所有接口，然后使用Dijkstra算法计算利用这个接口到达某个目标节点的代价。对该内容名称前缀的所有下一跳接口都重复上面的过程，计算出利用每个接口到达某个目标节点的代价。之后，利用上面计算出每个下一跳接口到达某个目标节点的代价，对所有下一跳接口进行排序。对于每一个目标节点再重复以上过程，直至到达内容提供者。该路由机制可以有效减少网络中冗余流量，但是每个内容路由器对每个下一跳接口均需要逐一计算相应的代价，当下一跳端口较多或路由路径较长时，复杂度较大。面向网内缓存的CCN路由方案：CATT(CacheAwareTargetidenTification)将一个或多个CATT节点CATN(CacheAwareTargetNode)部署在自治域的边缘，CATN的数量由自治域的大小决定。在一个自治域内的所有用户均知道其本地CATN的位置，并将自己的内容资源发布到CATN上。任何请求首先都被转发到其自治域内的本地CATN上，收到请求的CATN首先查找其本地缓存中是否存在相应内容资源，如果存在，迅速响应请求；如果不存在，CATN将请求转发到相邻的CATN中。CATT采用了将内容提供者的初始内容资源和网内缓存中的所有缓存副本整合进路由过程中，提高了网内缓存的可用性。同时该机制还为内容缓存提供了一种自适应的査找机制和基于内容的临近程度及内容质量的路由选择机制。该路由机制能够获得一个近似最佳的路由性能，但是路由过程较复杂。面向服务质量的CCN路由方案：SoCCeR(ServicesoverContent-CentricRouting)通过在CCN的网络层上增加了一个探测层实现该路由机制。SoCCeR基于蚁群优化算法(AntConleyOptimal，ACO)。ACO算法模拟了妈蚁觅食的过程，利用蚂蚁每次寻路觅食时留下的信息素把通往同一觅食地点的不同方向觅食的蚂蚁收敛到一条路径上，SoCCeR利用ACO的这一特性，扩展了CCN网络中内容请求路由选择。CCN的FIB将一个内容名称前缀映射到几个可提供服务的下一跳端口，路由的选择问题是从这几个可提供服务的端口中选出一个最佳的端口完成这次内容请求。选择端口时考虑负载、路径拥塞、带宽、抖动等因素。SoCCeR增加了一个信息素表，这个表关联了内容名称前缀，可提供服务的端口，以及各个服务端口的信息素值。FIB表选取信息素值最高的端口作为唯一路由端口。SoCCeR会周期性释放探测包地收集各服务端口的状态信息。该算法能够优化路由到负载较轻的转发端口，使服务请求有选择性的路由，并且对网络和服务的状态变化有较高适应性，但周期释放探测包增加了网络的开销因此，需要一种基于软件定义的内容中心网络路由方法。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提出一种基于软件定义的内容中心网络路由方法，解决现有内容中心网络的全转发方式带来的内容分发效率低，冗余数据多及网络开销较大等一系列问题。该方法通过控制器收集网络状态，并在控制器端计算各转发端口的转发概率，并将兴趣包转发到转发概率最大的转发概率的端口的路由方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的基于软件定义的内容中心网络路由方法，包括控制器、请求者和提供者；包括以下步骤：首先，收集网络状态信息：控制器通过控制信道动态地收集网络状态信息，并根据网络状态信息利用转发概率更新算法动态地更新各内容路由器的匹配端口的转发概率；所述网络状态信息包括数据包从当前节点到达服务器的传输时延、当前路由节点下一跳的负载和该路径上的服务器节点负载；其次，更新端口转发概率：所述转发概率更新算法，输入所述网络状态信息和各个端口的当前的转发概率，输出为更新后的各个端口的转发概率；最后，根据兴趣包在内容路由器中的存在状态进行将兴趣包转发至端口转发概率最大的端口。进一步，在收集网络状态信息的过程中，如果出现以下两种情况时，网络元件会主动向控制器报告状态：(1)节点或链路故障：当节点或链路故障时，通往该节点的所有端口的转发概率将被置零，设为不可达，当链路故障时，该链路所连接的两端端口的转发概率将被置零，设为不可达；(2)新的内容提供者加入：当有新的内容提供者加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软件定义的内容中心网络路由方法，包括控制器、请求者和提供者；其特征在于：包括以下步骤：首先，收集网络状态信息：控制器通过控制信道动态地收集网络状态信息，并根据网络状态信息利用转发概率更新算法动态地更新各内容路由器的匹配端口的转发概率；所述网络状态信息包括数据包从当前节点到达服务器的传输时延、当前路由节点下一跳的负载和该路径上的服务器节点负载；其次，更新端口转发概率：所述转发概率更新算法，输入所述网络状态信息和各个端口的当前的转发概率，输出为更新后的各个端口的转发概率；最后，根据兴趣包在内容路由器中的存在状态进行将兴趣包转发至端口转发概率最大的端口。

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义的内容中心网络路由方法，包括控制器、请求者和提供者；其特征在于：包括以下步骤：首先，收集网络状态信息：控制器通过控制信道动态地收集网络状态信息，并根据网络状态信息利用转发概率更新算法动态地更新各内容路由器的匹配端口的转发概率；所述网络状态信息包括数据包从当前节点到达服务器的传输时延、当前路由节点下一跳的负载和该路径上的服务器节点负载；其次，更新端口转发概率：所述转发概率更新算法，输入所述网络状态信息和各个端口的当前的转发概率，输出为更新后的各个端口的转发概率；最后，根据兴趣包在内容路由器中的存在状态进行将兴趣包转发至端口转发概率最大的端口。2.如权利要求1所述的基于软件定义的内容中心网络路由方法，其特征在于：在收集网络状态信息的过程中，如果出现以下两种情况时，网络元件会主动向控制器报告状态：(1)节点或链路故障：当节点或链路故障时，通往该节点的所有端口的转发概率将被置零，设为不可达，当链路故障时，该链路所连接的两端端口的转发概率将被置零，设为不可达；(2)新的内容提供者加入：当有新的内容提供者加入时，会在连接该提供者的内容路由器的转发信息表中增加一个转发端口并将当前的转发概率置零，等待下一次更新。3.如权利要求1所述的基于软件定义的内容中心网络路由方法，其特征在于：所述转发概率更新算法过程中的步骤具体如下：利用加权方法按照以下公式计算各个端口的状态综合参数：其中，α,β,γ和分别表示T(i),H(i),LR...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡岳平，刘军，樊欣唯，罗森，贾云健，马慧，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50