一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于网络技术改进领域，提供了一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，包括：S1、通过对网络中的每个节点赋予三维球坐标，将具有无标度性的多模标识网络映射到一个三维双曲空间中；S2、报文的发送者将将其目的地的节点坐标附于每段报文中；S3、路由节点在转发报文时，计算目的地与每个相邻节点之间的双曲距离，并选取最小者作为转发对象。该算法依赖的全局信息较少，且计算简单，易于在本地完成，由此提高了对大规模网络的适应性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法及系统
本专利技术属于网络技术改进领域，尤其涉及一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法及系统。
技术介绍
多模标识网络是针对现有互联网控制能力过于集中、缺乏国际性的多边共管共治等本质缺陷而提出的新型开放式网络架构，具体指不同体系结构的网络共同部署多路由标识协同路由寻址的网络环境。例如在传统网络中部署内容网络，如果数据可以在这两种网络间穿梭，便形成了一个由两种网络体系组成的、内容标识和地址标识共同寻址的多模网络环境。通过利用不同网络的优势协同工作，多模标识网络能够提升当前互联网的基础传输能力，加强网络资源的利用率，丰富网络层功能。更重要的是，多模标识网络降低了现有互联网体系对地址标识的依赖性和局限性，为互联网的多边共管共治提供可能。在网络协议的设计过程中，必须考虑到其路由开销对于规模化网络的适应性，而路由开销可以用转发表(FIB)的规模，和网络产生拓扑变化时所需控制报文的数量来衡量。在下一代网络中，信息中心网络(ICN)直接面向内容的名字进行转发，而物联网(IoT)则具有极其庞大的节点数目，这导致它们所需的寻址空间极其巨大，且必须具有高度的动态性以应对网络的实际需求，这不得不使人们重新思考如何设计与未来网络相匹配的路由机制。贪婪几何路由(GreedyGeometricRouting,GGR)将网络映射到一个度量空间中，并为其中的每个节点赋予一个地址，亦或称作坐标。网络中传输的每段网络报文均将其目的地的坐标附于其中，路由器进行转发时，将分别计算其每个邻接节点与目的地之间的几何距离，并选择其中距离最小者作为转发的下一跳。由于每个节点只需要知悉其邻居的坐标信息，GGR可使得FIB的规模尽其可能的缩减到最小，由此为我们设计面向大规模网络的路由协议提供了基础。双曲路由(HyperbolicRouting,HR)的提出基于网络的无标度性，即网络中的节点度数服从幂分布这一性质。通过映射算法，网络被映射到一个负曲率，即具有双曲性的空间中，以二维的情形为例，每个节点均被映射到具有半径R的圆盘中，并被赋予极坐标(r,θ)，其中角坐标θ代表节点在网络中的相对位置，而径坐标r则代表节点的中心程度，越是中心化的节点，其径坐标越小，即越接近圆盘的中心。当两个节点的角坐标恒定时，它们之间的双曲距离会随着它们径坐标的减少而减少，由此，基于双曲距离的贪婪路由将倾向于选取较为中心化的节点作为其转发对象。由于现实中的大多数网络，如因特网，均具有无标度性，在采用适当映射算法的基础上，简单的基于双曲距离的贪婪策略有很大概率能将报文转发到目的节点，而对于其中转发失败的少数情形，可以采用一些辅助性的智能转发策略，使得双曲路由的成功率达到100％。然而，双曲路由同样具有其缺陷：相较于传统上基于最短路径算法的路由协议，双曲路由贪婪选取出的转发路径具有较大的传输延迟，这不仅是出于贪婪策略的固有弊端，也是由于现有的双曲映射算法大多没有考虑网络延迟所致。由于降低延迟同样是路由协议设计的核心目标之一，我们必须着手解决这一问题。Kleinberg等于2007年的"Geographicroutingusinghyperbolicspace"一文中提出了有关双曲路由的最早映射算法，该文中，通过构造网络的最小生成树，任何网络均可以被映射到双曲空间中，且基于该映射的贪婪路由具有100％的成功率。该算法必须知悉全局的拓扑信息，同时，当网络的最小生成树产生了任何变化，所有节点的坐标都必须重新进行计算，因此对于动态网络的适应性较差。Bogun,Marin,FragkiskosPapadopoulos,DmitriKrioukov于2010年的"Sustainingtheinternetwithhyperbolicmapping"一文，以及Papadopoulos,Fragkiskos等于2010年的"Greedyforwardingindynamicscalefreenetworksembeddedinhyperbolicmetricspaces"一文中，退而求其次地，不再追求将任何网络嵌入到双曲空间中，而只着眼于映射具有无标度性的那些。该方法基于有关网络的先验假设(如度数分布，连接概率等)和实际的连接状态，通过极大似然估计的方法，将网络映射到双曲空间中。在面对动态网络时，该算法所得的坐标在较长的时间内(月至年计)具有较好的稳定性，且一个新入网络的节点只需要了解其周边，而非全局的拓扑信息就可以完成其坐标计算。该算法仅仅考虑网络的邻接状态，所有连接不论其延迟均被视作等价，导致基于该算法的路由经常选取出延迟较大的次优路径。Lehman等于2015年的"Anexperimentalinvestigationofhyperbolicroutingwithasmartforwardingplaneinndn"一文中，尝试利用NDN具有自适应性和智能性的转发平面，对双曲路由选取出的次优路径进行延迟上的优化。在传输过程中，路由节点会周期性的探测并记录每个端口与传输目的地间的平均延迟，并动态地选取延迟最小者作为下一跳，双曲距离决定了传输最开始阶段选取的接口，以及对每个接口进行延迟探测的概率。尽管该方法对于延迟的减少较为显著，然而对于短期传输的情形，探测所得的延迟样本数目不足以对转发路径进行优化。同时，该方法无法优化最坏的情形(即延迟远远大于理论最优的那些路径)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，旨在解决上述的技术问题。本专利技术是这样实现的，一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，所述基于坐标映射的多模标识网络寻址方法包括以下步骤：S1、将一个具有无标度性的多模标识网络映射到一个三维双曲空间中；S2、在三维双曲空间中对多模标识网络中的每个节点赋予三维球坐标；S3、在三维双曲空间中任意节点在寻址时将其目的地的节点坐标附于每段报文中。S4、根据计算的节点之间的距离选择双曲距离d12＝cosh-1(coshr1coshr2-sinhr1sinhr2cosΔθ12)最小的相邻节点进行转发报文；其中，r、θ来自于节点的坐标，Δθ12为两点与原点连线的中心角：本专利技术的进一步技术方案是：多种路由标识并存于网络中，如内容标识、身份标识、地理空间位置标识及IP地址标识等，通过多标识动态适配及转换技术，满足网络对多种需求的实时需求，其中所述步骤S3用于在大规模网络中对以内容为首的多种新型网络标识的寻址路由。本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤S1中的映射包括角坐标映射和径坐标映射，所述角坐标映射包括以下步骤：S111、对连接度高的中心节点角坐标取其地理位置的经纬信息；S112、对连接度较低的非中心节点坐标判断是否度数大于等于设定值，若是，则基于IP协议，测算自己距每个中心节点的平均时延，并选取其中时延最小的设定值个中心节点以计算自己的角坐标，若否，则其大多仅有一条通往中心节点的路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述基于坐标映射的多模标识网络寻址方法包括以下步骤：/nS1、将一个具有无标度性的多模标识网络映射到一个三维双曲空间中；/nS2、在三维双曲空间中对多模标识网络中的每个节点赋予三维球坐标；/nS3、在三维双曲空间中任意节点在寻址时将其目的地的节点坐标附于每段报文中。/nS4、根据计算的节点之间的距离选择双曲距离/nd

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述基于坐标映射的多模标识网络寻址方法包括以下步骤：
S1、将一个具有无标度性的多模标识网络映射到一个三维双曲空间中；
S2、在三维双曲空间中对多模标识网络中的每个节点赋予三维球坐标；
S3、在三维双曲空间中任意节点在寻址时将其目的地的节点坐标附于每段报文中。
S4、根据计算的节点之间的距离选择双曲距离
d12＝cosh-1(coshr1coshr2-sinhr1sinhr2cosΔθ12)
最小的相邻节点进行转发报文；
其中，r、θ来自于节点的坐标，Δθ12为两点与原点连线的中心角：





2.根据权利要求1所述的基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述步骤S1中的映射包括角坐标映射和径坐标映射，所述角坐标映射包括以下步骤：
S111、对连接度高的中心节点角坐标取其地理位置的经纬信息；
S112、对连接度较低的非中心节点坐标判断是否度数大于等于设定值，若是，则基于IP协议，测算自己距每个中心节点的平均时延，并选取其中时延最小的设定值个中心节点以计算自己的角坐标，若否，则其大多仅有一条通往中心节点的路径，其角坐标将直接复制其邻居中度数最高者。


3.根据权利要求2所述的基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述径坐标映射包括以下步骤:
S121、将全局网络划分为若干子图并对每个子图进行独立的径坐标运算。


4.根据权利要求3所述的基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述步骤S121中每个子图中最中心的节点均具有径坐标r0，且对于原本径坐标较小的非中心节点只进行了较小的修正。


5.根据权利要求4所述的基于坐标映射的多模标识网络寻址方法，其特征在于，所述径坐标的极大似然估计包括以下步骤：
S1211、根据网络的统计规律，我们假定节点的度数满足幂分布ρ(κ)～κ-γ，最低度数为κ0，平均度数为节点的度数和径坐标的关系为：



其中R为球面的半径；
S1212、根据网络的统计规律，我们假定两个节点的相连概率为：



x是两点间的双曲距离，此时R可以由以下积分式得出：



其中参数T为温度，控制节点的聚集程度；ζ为双曲空间的曲率，x′为和(r,0,0)之间的双曲距离；
S1213、取网络中m个中心程度最高的节点i1,i2...im，其余节点测算自己与每个i*的时延，若ik是其中时延最小者，则该节点属于子图Gk。对于拥有度数κi的节点，其径坐标的极大似然估计为：



若节点i∈Gj，是ij的极大似然估计值，则其径坐标为：





6.一种基于坐标映射的多模标识网络寻址系统，其特征在于，所述基于坐标映...

【专利技术属性】
技术研发人员：李挥，胡嘉伟，邬江兴，伊鹏，朱伏生，李文军，安辉耀，李胜飞，陈世胜，唐宏，张云勇，魏进武，陈孟尝，朱强，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，国家数字交换系统工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东;44