订阅发布模式下低时延内容获取方法技术

针对NDN中内容订阅发布模式，订阅发布模式下低时延内容获取方法。该方法在内容订阅发布模式建立过程中，利用订阅者向发布者发送的订阅请求信息，建立一棵以发布者为根并覆盖所有订阅者的多播树，并根据节点在多播树中的位置和接收到的订阅应答包数量选择多播树中的关键节点，通过关键节点维持订阅多播树，提升订阅信息发布效率。该策略通过构建并维持订阅多播树及其中的关键节点，使得订阅节点能够及时从关键节点或发布者获取所需内容，从而降低订阅者的内容获取时延。订阅者的内容获取时延。订阅者的内容获取时延。

【技术实现步骤摘要】
订阅发布模式下低时延内容获取方法


[0001]本专利技术涉及一种基于订阅发布模式的低时延内容获取策略，通过在订阅发布模式中加入构建以发布者为根，覆盖所有订阅者的订阅多播树，从而减少内容获取时延，提高发布者向内容请求者推送更新信息效率。

技术介绍

[0002]订阅发布模式publish/subscribe system被广泛应用于分布式计算数据同步等场景，是一种面向应用和服务的通信模式，是一种以内容语义进行寻址的通信模式，具有松耦合、多对多、异步以及匿名等通信特征。在TCP/IP网络中，为了实现订阅发布模式，通常需要构造一个复杂的中间件结构以管理网络中订阅内容和订阅信息。发布者将主题分类，并将变化情况发送到中间件，由中间件构造订阅目录并向订阅者推送。订阅者从推送的消息目录依据自身情况向中间件发送订阅请求，中间件通过订阅者的订阅信息向发布者请求。这种方式往往需要构造复杂的中间件结构，以管理发订阅者和发布者的信息，并选择消息推送大多最佳路由。
[0003]NDN具有上下逻辑一致性、天然适合多播、网内缓存和多路径转发的特点，所以NDN与订阅发布模式更加契合。NDN具有上下拓扑逻辑一致性、天然适合多播通信、网络缓存和多路径转发的特性：
[0004](1)上下拓扑逻辑一致性
[0005]NDN的数据通信的基本粒度通过内容名进行，在NDN中上下层内容传递的逻辑拓扑具有一致性。
[0006](2)天然适合多播通信
[0007]NDN中内容提供者与内容需求者之间常常是多对多的对应关系，所以NDN天然适用于多播通信。
[0008](3)网内缓存
[0009]与TCP/IP相比，NDN中的路由节点在对Data包进行转发后会对Data包中的内容在一定时间内进行缓存，所以NDN具有更强的网内缓存能力。
[0010](4)多路径转发
[0011]因为NDN中转发请求表(Pending Interest Table，PIT)的结构，可知NDN更容易实现多路径转发。
[0012]因NDN具有以上特性，所以订阅发布模式在NDN中无需构建复杂的中间件结构来维持订阅发布模式，从而可以降低网络负荷，改善整体网络状况。在NDN中实现的订阅发布模式中，大多采用发布者推送内容更新通知，再由订阅者“拉取”更新内容的形式。其中PSync策略最具有代表性。PSync策略在兴趣/数据交换中明确包含了消费者的订阅信息和生产者的数据集状态，因此它使生产者保留的软状态信息最小化。此外，还支持一组参与者之间的完全同步，其好处是消费者的订阅状态将由消费者自己维护，并具有较高的扩展性。但是PSync虽然可以完成基本的数据同步功能，但是对于重复请求的问题并没有很好的进行优
化，数据接收的延迟没有减少。

技术实现思路

[0013]为解决上述问题，在已有的PSync策略订阅初始化流程和内容发布流程基础上，拓展加入订阅多播树结构，将订阅多播树的构建和维护流程加入订阅初始化阶段和内容更新阶段中，提高发布者内容更新效率和订阅者的内容获取效率。
[0014]为了实现以上目的，本专利技术创造采用了如下技术方案：在NDN订阅发布模式PSync策略的基础上加入订阅多播树结构的构建，将订阅多播树的构建和维护流程加入订阅初始化阶段和内容更新阶段中，提高发布者内容更新效率和订阅者的内容获取效率。
[0015]步骤一，对NDN中的Interest包、Data包结构进行修改，添加MT表，在订阅发布模式发布者和订阅者节点角色的基础上加入KeyNode节点角色：
[0016]Interest包和Data包中增加routable_preix字段；
[0017]MT表由订阅主题Subscribe name、接收接口Incoming interface、转发接口Outgoing interface和建立时间Time stamp四个部分构成；
[0018]步骤二，内容请求者向网络中发送Interest包后，订阅初始化阶段步骤如下：
[0019](1)Hello包的构建：Hello包为用于构建订阅发布关系的Interest包，订阅者依据自身节点编号i与“/Mhello”作为Content Name；
[0020](2)Hello包处理：若节点不是生产者，则查询MT表中是否存在对应条目，如MT表中存在对应条目，依据MT对应条目记录进行转发；若MT表中不存在对应条目，在MT表中添加新的条目后，将Hello包作为Interest包转发；
[0021](3)发布列表维护：发布者收到Hello包后，将Hello包中订阅者信息与订阅内容加入发布者维护的发布列表后，依据接收的Hello包Contetn Name构建用于应答的Data包；
[0022](4)订阅者节点请求订阅内容：中间节点接收相应的Data包后，根据转发情况维护MT信息，同时对Data包进行转发，当中间路由节点满足关键节点身份判断条件时，该节点将自身角色设置为关键节点；
[0023](5)构建多播树结构:
[0024]5.1节点接收Interest包后，节点根据Interest包的Content Name判断Interest包的种类，如果是Hello包进入5.2，如果是sync包进入5.3；
[0025]5.2中间路由节点从Hello包中获取订阅信息后，向MT表中添加订阅类型名和接收接口编号，进入5.4；
[0026]5.3中间路由节点依据接收sync包向MT表中添加订阅类型名和转发接口编号，构造多播树结构，依据PT表转发sync包，多播树构建完成；
[0027]5.4发布者依据接收到Hello包中订阅的内容与自身维护订阅列表进行匹配。如果不存在请求的订阅主题，结束构建流程；如果存在相应记录，依据订阅列表将自身相关的内容加入Data包中新增的routable_prefix后将该Data包原路返回。
[0028]5.5中间节点对Hello包进行回应的Data包后，将内容与MT表中表象进行比对，如果存在相应的条目且来源接口不在Outgoing interface的接口列表中，将接口编号加入Outgoing interface后，继续转发Data包，若MT中没有相应的记录，则以普通的路由寻路模式继续转发Data包。
[0029](6)关键节点角色选举：
[0030]6.1订阅节点依据自身需求构建Hello包并向网络中发送；
[0031]6.2发布者节点接收Hello包后，构建用于应答的Data包，并从接收接口转发；
[0032]6.3订阅者和发布者节点间的中间路由节点依据接收包的情况，记录接收Hello包和用于应答的Data包的记录，并维护中间节点的KeyNode值。
[0033]6.4中间节点依据接收Hello包的回应数目和中间节的度，将有两个以上分支KeyNode大于2的中间节点作为关键节点。
[0034](7)多播订阅树结构的维护：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.订阅发布模式下低时延内容获取方法，其特征在于：步骤一，对NDN中的Interest包、Data包结构进行修改，添加MT表，在订阅发布模式发布者和订阅者节点角色的基础上加入KeyNode节点角色：Interest包和Data包中增加routable_preix字段；MT表由订阅主题Subscribe name、接收接口Incoming interface、转发接口Outgoing interface和建立时间Time stamp四个部分构成；步骤二，内容请求者向网络中发送Interest包后，订阅初始化阶段步骤如下：(1)Hello包的构建：Hello包为用于构建订阅发布关系的Interest包，订阅者依据自身节点编号i与“/Mhello”作为Content Name；(2)Hello包处理：若节点不是生产者，则查询MT表中是否存在对应条目，如MT表中存在对应条目，依据MT对应条目记录进行转发；若MT表中不存在对应条目，在MT表中添加新的条目后，将Hello包作为Interest包转发；(3)发布列表维护：发布者收到Hello包后，将Hello包中订阅者信息与订阅内容加入发布者维护的发布列表后，依据接收的Hello包Contetn Name构建用于应答的Data包；(4)订阅者节点请求订阅内容：中间节点接收相应的Data包后，根据转发情况维护MT信息，同时对Data包进行转发，当中间路由节点满足关键节点身份判断条件时，该节点将自身角色设置为关键节点；(5)构建多播树结构:5.1节点接收Interest包后，节点根据Interest包的Content Name判断Interest包的种类，如果是Hello包进入5.2，如果是sync包进入5.3；5.2中间路由节点从Hello包中获取订阅信息后，向MT表中添加订阅类型名和接收接口编号，进入5.4；5.3中间路由节点依据接收sync包向MT表中添加订阅类型名和转发接口编号，构造多播树结构，依据PT表转发sync包，多播树构建完成；5.4发布者依据接收到Hello包中订阅的内容与自身维护订阅列表进行匹配。如果不存在请求的订阅主题，结束构建流程；如果存在相应记录，依据订阅列表将自身相关的内容加入Data包中新增的routable_prefix后将该Data包原路返回。5.5中间节点对Hello包进行回应的Data包后，将内容与MT表中表象进行比对，如果存在相应的条目且来源接口不在Outgoing interface的接口列表中，将接口编号加入Outgoing interface后，继续转发Data包，若MT中没有相应的记录，则以普通的路由寻路模式继续转发D...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲大鹏，吕国鑫，衡朝阳，宋雨桐，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：