一種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)及其聚類查詢方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)及其聚類查詢方法。
【背景技術(shù)】
[0002]命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(NDN，Named Data Network)是一種不再以IP地址為主而是以內(nèi)容為主的未來網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文包頭不再以IP地址為標(biāo)識(shí)，而是以內(nèi)容名稱作為標(biāo)識(shí)，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)IP地址二義性的問題。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)改變了主機(jī)到主機(jī)的通信范例，使用名稱進(jìn)行路由，且路由器在網(wǎng)絡(luò)中緩存數(shù)據(jù)。因此路由機(jī)制是命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最為重要的基礎(chǔ)機(jī)制，該機(jī)制的核心問題是如何提升路由的查詢效率和如何減少查詢時(shí)延。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是基于名字進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由查找和轉(zhuǎn)發(fā)，但由于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用層次化的命名機(jī)制，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)容名稱過長(zhǎng)，會(huì)極大降低路由效率。
[0003]目前，命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的路由是基于命名的廣播和多播機(jī)制。雖然這種路由機(jī)制可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄻有院涂煽啃裕ＷC了網(wǎng)絡(luò)性能，但同時(shí)帶來查詢轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)增多、查詢時(shí)延過長(zhǎng)、檢索冗余、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載嚴(yán)重等問題。NCE(Neighbor Cache Explore)鄰居緩存路由策略，利用分布式蟻群算法在無緩存時(shí)探測(cè)最短路徑，并將節(jié)點(diǎn)緩存因素引入到路由決策中對(duì)路由算法進(jìn)行優(yōu)化。雖然NCE可以充分利用緩存的特點(diǎn)解決轉(zhuǎn)發(fā)效率問題，但是獲取最短路徑需要限制環(huán)境，并且探測(cè)最短路徑的同時(shí)也延長(zhǎng)了查詢時(shí)延、增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由策略方面，專利“在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用多路徑路由和內(nèi)容緩存的無縫移動(dòng)方案”(CN201280039368.8)，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)啟動(dòng)切換程序時(shí)，將內(nèi)容興趣從麗組播到第一附接點(diǎn)(PoA)中，第二附接點(diǎn)(PoA)用于接收來自第一附接點(diǎn)PoA的組播興趣、轉(zhuǎn)發(fā)興趣到命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、接收命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容數(shù)據(jù)，并且將內(nèi)容數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到MN。該專利利用中間節(jié)點(diǎn)第一附接點(diǎn)和第二附接點(diǎn)來完成路由查詢和轉(zhuǎn)發(fā)。專利“Systems, methods and algorithms for named data network routing with pathlabeling”(US20140023076A1)，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間標(biāo)識(shí)一條唯一路徑，即為路徑標(biāo)簽。請(qǐng)求興趣包根據(jù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的名稱和路徑標(biāo)簽查找數(shù)據(jù)。以上專利分別根據(jù)節(jié)點(diǎn)間接性、路徑標(biāo)識(shí)對(duì)命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，與本發(fā)明采用的方法和針對(duì)的問題均不同。
[0004]綜上所述，目前路由轉(zhuǎn)發(fā)方案大多面向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)，主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0005](I)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，面向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播式路由轉(zhuǎn)發(fā)，將降低查詢效果、增加搜索成本。
[0006](2)在不確定某個(gè)節(jié)點(diǎn)緩存所請(qǐng)求數(shù)據(jù)的情況下，用戶發(fā)送請(qǐng)求興趣包，則需要進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)才能找到所需數(shù)據(jù)，將會(huì)加大查詢時(shí)延。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)的聚類查詢方法。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng):
[0010]簇頭節(jié)點(diǎn)信息庫用于存儲(chǔ)每一類簇的信息:類簇名ClassName，簇頭節(jié)點(diǎn)ID ;
[0011]簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表用于記錄類簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的信息:節(jié)點(diǎn)ID，節(jié)點(diǎn)名稱NodeName，訪問次數(shù)Times，更新時(shí)間UpdateTime ;每一個(gè)類簇都擁有一個(gè)與該類簇相對(duì)應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表；
[0012]簇查詢模塊用于接收用戶發(fā)送的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，對(duì)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理和查詢，簇查詢模塊包括名稱解析模塊、類簇內(nèi)容匹配模塊和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)匹配模塊三部分:
[0013]名稱解析模塊接收命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)送的請(qǐng)求興趣包:包名，內(nèi)容；對(duì)請(qǐng)求興趣包進(jìn)行解析，解析為三元組的請(qǐng)求興趣包InP，包括:類名，請(qǐng)求興趣名，內(nèi)容，其中類名是用于在類簇名ClassName中查找到匹配的類簇，請(qǐng)求興趣名是用于定位滿足請(qǐng)求興趣包的節(jié)點(diǎn)位置；將請(qǐng)求興趣包InP發(fā)送給類簇內(nèi)容后匹配模塊；
[0014]類簇內(nèi)容匹配模塊接收來自名稱解析模塊的請(qǐng)求興趣包InP，從簇頭節(jié)點(diǎn)信息庫中獲取類簇名ClassName ;對(duì)類名和類簇名ClassName進(jìn)行名稱前綴匹配查找，查找到類相似度Sd—大于閾值α的類簇時(shí)，符合條件的類簇構(gòu)成類簇相似表，并根據(jù)類相似度高低對(duì)類簇進(jìn)行排列；依據(jù)類簇相似表把請(qǐng)求興趣包InP交給簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)匹配模塊，并把類簇相似表中相關(guān)信息刪除；
[0015]簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)匹配模塊接收來自類簇內(nèi)容匹配的請(qǐng)求興趣包InP，獲取類簇相似表中類簇的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表。對(duì)請(qǐng)求興趣名和索引表中節(jié)點(diǎn)名稱NodeName進(jìn)行匹配查找，若查找到節(jié)點(diǎn)相似度Sn-大于閥值β的節(jié)點(diǎn)時(shí)，再依據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表查找這類節(jié)點(diǎn)ID，進(jìn)行查找數(shù)據(jù)；
[0016]簇維護(hù)模塊是對(duì)簇頭節(jié)點(diǎn)、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，簇維護(hù)模塊包括候選簇頭模塊、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)管理模塊和節(jié)點(diǎn)替換模塊三部分:
[0017]候選簇頭模塊是用于管理簇頭節(jié)點(diǎn)，從簇頭節(jié)點(diǎn)信息庫和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表獲取信息；當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)，候選簇頭模塊將選擇一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)來替代當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)，并更新簇頭節(jié)點(diǎn)信息庫；在每個(gè)類簇中，選擇與簇頭節(jié)點(diǎn)相鄰一跳的所有鄰居節(jié)點(diǎn)為后備節(jié)點(diǎn)；在后備節(jié)點(diǎn)中，在滿足具有最大連通度，并且只歸屬為一個(gè)類簇的節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)為候選簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)在時(shí)間Trapy內(nèi)，對(duì)候選簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表進(jìn)行備份；
[0018]簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)管理模塊是用于管理更新簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，在時(shí)間Tupdate內(nèi)，該模塊將對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息索引表中所包含節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查節(jié)點(diǎn)是否依然存在于該類簇，若存在，則保留該項(xiàng)索引表信息；否則，則對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表中相對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行修改或刪除；
[0019]替換模塊是用于處理歸屬類簇的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；若節(jié)點(diǎn)更新數(shù)據(jù)后歸屬為另一類簇，該節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求信息要求加入該類簇；當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表空間充足時(shí)，則加入該節(jié)點(diǎn)的信息；當(dāng)節(jié)點(diǎn)由于簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表空間不足而不能正常加入時(shí)，節(jié)點(diǎn)需要按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)等候；排隊(duì)優(yōu)先級(jí)以節(jié)點(diǎn)的訪問次數(shù)Times作為度量參數(shù)，節(jié)點(diǎn)的訪問次數(shù)Times值越大，優(yōu)先級(jí)越高；當(dāng)節(jié)點(diǎn)的訪問次數(shù)Times值相同時(shí)，按照先到先服務(wù)原則進(jìn)行處理；當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表有空間時(shí)，再將排隊(duì)等候的節(jié)點(diǎn)依照順序加入其中。
[0020]一種基于內(nèi)容聚類的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)的聚類查詢方法，包括如下步驟:
[0021](I)命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶把請(qǐng)求數(shù)據(jù)包發(fā)送到名稱解析模塊；
[0022](2)名稱解析模塊將請(qǐng)求興趣解析為三元組的請(qǐng)求興趣包InP，將請(qǐng)求興趣包InP發(fā)送到類簇內(nèi)容匹配模塊；
[0023](3)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)更新模塊判斷簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生登入或登出情況，若發(fā)生登入或登出情況，執(zhí)行步驟⑷；否則，執(zhí)行步驟(5);
[0024](4)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)更新管理模塊對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，記錄簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的登入登出，并對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表進(jìn)行更新；當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)索引表空間不足時(shí)，節(jié)點(diǎn)替換模塊將對(duì)登入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理；
[0025](5)候選簇頭節(jié)點(diǎn)模塊判斷簇頭節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生異常情況，若簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常情況，執(zhí)行步驟(6);否則，執(zhí)行步驟(7);
[0026](6)候選簇頭模塊獲取簇內(nèi)信息索引表信息，并對(duì)簇頭節(jié)點(diǎn)信息庫進(jìn)行更新處理；簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)更新管理模塊對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，記錄節(jié)點(diǎn)的登入登出，并對(duì)索引表進(jìn)行更新；當(dāng)索引表空間不足時(shí)，節(jié)點(diǎn)替換模塊將對(duì)登入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理；
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