[發明專利]一種內容中心網絡中傳輸內容冗余的消除方法

有效

• 申請號: 201310339883.4
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103401795A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 王雄;冉孟超
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L29/08
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于內容中心網絡技術領域，更為具體地講，涉及一種內容中心網絡中傳輸內容冗余的消除方法。

背景技術

當前互聯網絡的通信模式是以“IP地址為中心”的主機到主機的方式，這樣的通信模式已經不能滿足當前互聯網絡不斷擴大的規模和迅速增長的內容傳輸需求，暴露出了安全性差、信息分發效率低、移動性差、擴展性差等方面的問題。為了解決當前互聯網絡暴露出來的問題，目前研究界的主流思路之一是建立以“命名內容為中心”的下一代互聯網絡。

內容中心網絡（Content?Centric?Network，簡稱CCN）是命名內容網絡（Name?Data?Networking，簡稱NDN）項目中提出的一種下一代互聯網絡架構。內容中心網絡的基本通信模式是以命名內容（Named?Data）為中心，用戶請求命名內容、內容發布者（服務器）發布和傳輸命名內容、CCN路由器緩存和傳輸命名內容。

在內容中心網絡中，每個命名內容都被分成多個內容分塊（Data?Chunk），每個內容分塊都有一個獨有的具有層次化結構的名字。在內容中心網絡中，通過帶有內容分塊名字的內容請求報文（Interest?Packet）來請求一個內容分塊。當收到一個內容請求報文時，內容中心網絡路由器（CCN?Router）會查找內容緩存表（Content?Store），判斷請求的內容分塊是否在緩存中。如果在緩存中，相應的內容分塊會返回給請求者，如果緩存中沒有，那么內容中心網絡路由器會查看內容請求表（Pending?Interest?Table，簡稱PIT）表，PIT表是用來記錄已經向上游發送的內容請求，作用是聚合內容請求報文避免重復向上游發送相同內容請求，同時記錄接收端口號用以在將來轉發對應的內容分塊報文。如果內容中心網絡路由器發現PIT表中還沒有記錄過這個內容請求，那么這個內容請求就會按照轉發信息庫（Forwarding?Information?Base，簡稱FIB）表轉發，同時在PIT表里新增一個記錄這個內容請求的表項，表項中含有內容分塊名稱字段。當多個用戶向同一個路由器請求同一個內容分塊時，內容中心網絡路由器只會向上游發送一個請求，PIT表里具有該內容分塊名稱的內容請求表項會記錄下所有收到該內容請求的端口號，當收到上游返回的該內容分塊報文時，內容中心網絡路由器會向該PIT表項里記錄的端口都轉發收到的內容分塊，因此，內容分塊報文是按照內容請求報文的反向路徑傳輸的。

內容中心網絡路由器由3個主要部分組成：內容緩存，PIT表和FIB表。網絡級的內容緩存能力是CCN架構的關鍵特征之一，充分利用和發揮CCN的內容緩存能力可以節約投資和提高網絡的內容分發能力。

當前的CCN路由器的緩存節點都是將經過它的內容分塊緩存下來，當有后續內容請求到達時，緩存節點首先搜索本地緩存中是否存在請求的內容分塊，如果有則直接返回內容分塊，否則將內容請求向內容分塊的源端轉發，這種方式可以利用緩存來減少網絡中傳輸的內容分塊數目，從而達到減小網絡流量的目的。但是，在內容分塊總數目大且緩存容量較小的情況下，這種方式緩存有請求的內容分塊的可能性較小，對網絡流量的影響不明顯。

研究發現，當前互聯網中傳輸的不同的數據包中包含大量相同的字符串，這些重復的字符串就是冗余內容。通過在傳輸的數據包中對這些重復的字符串進行編碼即在傳輸過程中用較短的字符串去唯一標識并替換這些較長的重復字符串，并在必要的時候進行解碼即在編碼的數據包中還原出原始字符串，可以減小傳輸數據包的大小，避免這些冗余內容在網絡中的重復傳輸，這樣就減小了網絡的傳輸流量，這就是傳輸內容冗余消除方法的思路。

對于內容中心網絡，傳輸內容冗余消除基本原理是在內容分塊傳輸路徑的上游節點對內容分塊的內容負載中的部分字符串進行編碼，使得傳輸的內容分塊長度減小在內容分塊傳輸路徑的下游節點對接收到的內容分塊進行解碼，從而達到減小網絡流量的目的。因此，傳輸內容冗余消除方法的前提是上游節點和下游節點要緩存有相同的內容分塊或緩存有某些具有相同字符串的內容分塊。

目前關于傳輸內容冗余的消除方法的研究是通過對比指紋的方法來加速不同內容分塊中的字符串匹配過程。網絡中傳輸的內容分塊的一個指紋（FP：fingerprint）由該內容分塊包含的某個字符串的哈希值，以及該字符串在該內容分塊中的偏移量兩個部分組成，指紋采集方法主要采用Rabin-Hash方式。