内容中心网络的内容提供者移动切换方法

摘要

一种内容中心网络的内容提供者移动切换方法，内容提供者记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值；内容提供者移动之前，先判断此时每个内容的当前服务数量是否不小于切换服务阈值，若是，则用发送样本推送数据包的方式将该内容的完整样本推送到其原接入的路由器，以使请求该内容的多个请求者通过原接入的路由器继续获得服务，保证在其移动过程中，多个请求者通信连续性；若否，则内容提供者对该内容不执行任何附加操作；内容提供者完成所有当前服务数量不小于切换服务阈值的内容的完整样本推送后，完成移动切换过程。本发明解决了因内容提供者移动切换造成的请求消息得不到响应、多个请求者通信中断的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种内容中心网络(Content Centric Networking)的内容提供者移动切换方法，属于移动通信网络的技术领域。

背景技术

随着互联网的快速发展，用户对内容信息的需求日趋明显和强烈。现在，包括文字、图像或视频点播的内容服务已经成为网络服务的主体。通常，人们并不关心内容的来源，仅仅关心内容本身，或者内容传送的速度、质量，或者内容的安全与否。但是，当前以主机为中心的传统IP网络架构不能适应这种上层应用模式的变化，已经很难满足人们对内容获取的需求。因此，内容中心网络CCN(Content Centric Networking)的各项支撑技术就成为下一代互联网体系架构的研究热点。

内容中心网络CCN关注的是内容本身，并采用内容名字(Content Name)标识内容，也可以通过内容名字实现内容与内容存储位置的分离。CCN还实现了网络内容的缓存，可以从邻近缓存该内容的路由器获取该内容。这样，就为数据的安全、移动性和组播等提供了天然的支持。

在内容中心网络CCN中，内容提供者能够为多个内容请求者服务。如果内容提供者发生移动切换，若内容请求者无法感知其移动切换，仍然发送请求消息至内容提供者的原位置，使得请求消息无法得到响应，造成多个请求者的通信中断。此时，内容提供者就需要分别为多个请求者建立切换过程，造成信令开销大，切换过程复杂，所以内容提供者的移动性研究非常必要、急切和重要。

在CCN中，内容提供者的移动对正常通信的影响较大，因为内容提供者切换后，需要通告网络中的所有相关路由器更新路由表，造成请求消息不能及时准确发送到内容提供者。此外，内容请求者无法获知是网络问题还是节点移动性造成的数据包无法返回，影响正常通信。再者，如果有大量的内容提供者同时进行移动，也会对正常通信造成影响。

现在，针对CCN网络中的内容提供者移动问题，已经研发出一些技术方案，下面具体介绍解决内容提供者移动问题的四大类现有技术及其缺陷所在：

第一类是集合点(Rendezvous Point)方法，该方法采用支持CCN移动性的位置管理服务器作为交汇点，用于实现内容名字与内容提供者位置之间的名字解析。内容提供者移动后，向交汇服务器发送消息，更新内容提供者位置。请求者在设定时间内进行位置查询后，交汇点的服务器做出响应，以建立新的连接。其缺陷是新的内容名字的更新/查询和FIB的建立会导致时延较大。

第二类是间接点(Indirection Point)方法，该间接点是一个永久性的服务器，用于维持目标前缀(target prefix)和源前缀(source prefix)之间的一系列绑定。所有到达内容提供者的请求都必须首先到达间接点，在此处对原请求进行封装，然后通过隧道方式传送到当前位置。所以用户的所有请求包都会先到达间接点，这样不仅容易导致单点故障，而且当间接点不在内容提供者与请求者的最短路径上时，将在相当程度上增大请求者的内容获取时间，浪费网络带宽资源。

第三类是隧道重定向方法，该方案是利用隧道将请求包重定向到内容提供者的新位置。当内容提供者移动切换到另一接入点后，为了继续接收到内容请求者发送的请求包，内容提供者会发送一个前缀更新消息(PU)到家乡路由器。以后，所有的请求包都会路由到内容提供者的家乡路由器进行封装后，再发送到内容提供者的当前位置。当家乡路由器不在用户与内容提供者当前位置的最短路径上时，该机制将在一定程度上增大请求者的内容获取时间，浪费网络的带宽资源。此外，由于需要附加前缀将请求包投递到正确的目的地址，基于隧道重定向方法具有较高的包投递成本。

第四类是基于路由的方法，该方法是内容提供者即将执行移动切换时，需向上一跳接入路由器发送切换通告信息，此时接入路由器接收所有发往该内容提供者的请求包并缓存。当内容提供者移动切换到新的接入路由器后，发送一条虚拟请求“virtual interest”消息，该消息携带有内容提供者的名字信息，网络会根据FIB表的最长前缀匹配原则转发到其原来接入的路由器，这时途径的所有路由器都要更新FIB表中与内容名字对应的接口信息。内容提供者的原接入的路由器收到“virtual interest”消息后，将缓存的Interest消息反向传送给内容提供者，后续的Interest包就可以根据FIB表直接转发，而不必经由其原接入的路由器转发。这种方式虽然减小了路径更新开销和切换时延；但是，由于内容提供者移动切换过程中始终保持内容名字不变，没有考虑切换后的路由聚合收敛问题，会造成FIB表的条目过大，给路由器带来负担。而且，所有的中间路由器都要更新各自的FIB，造成路由表的容量迅速增加，当内容请求者的数量和移动切换频率增加时，这种情况就会愈发严重。

再介绍目前两项相关发明专利申请文件中的技术方案内容及其缺陷如下：

《一种基于内容流行度的信息中心网络移动性管理方法》(申请号201310471355.4)是按照内容流行度将内容划分为两种，并针对不同流行度的内容分别实施两种不同的移动性管理方法：基于代理节点和基于网络缓存。内容提供者移动后，如果内容流行度小于阈值K，则使用基于代理节点的移动性管理方法，即由代理节点缓存中断请求，并更新内容名字前缀，将interest包路由到内容提供者。如果内容流行度大于阈值K，则使用基于网络缓存的移动性管理方法，即重发interest包并在域内广播。在基于代理节点的移动性管理方法中，通过更新内容名字前缀将Interest包重路由到内容提供者处，这种方法的缺点明显：在维护新旧内容名字前缀映射上的信令开销较大。

《一种内容中心网络中的移动性支持方法》(申请号201310315590.2)的方法是给CCN网络中的每个路由器分配一个特殊位置，并假定内容名字是基于该内容提供者原来接入路由器的位置。当内容提供者完成移动切换后，经过当前接入路由器向其原接入的路由器发送切换完成消息，使当前接入路由器为该内容提供者添加相应的FIB条目，其原接入的路由器更新相应的FIB条目，然后将内容提供者原位置处的请求消息发送至新位置。此发明申请中，需要对内容提供者的内容进行重命名，还存在由于路由表更新产生的路由表聚合问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种内容中心网络的内容提供者移动切换方法，本发明方法是在内容提供者移动之前，将其提供的当前服务数量不小于切换服务阈值的每个内容的完整样本通过发送样本推送数据包的方式推送到该内容提供者的原接入的路由器。且在完成这些内容的推送后，内容提供者才开始进行移动，这样可以保证内容提供者移动切换前后，多个内容请求者通信过程的连续性，从而较好地解决了目前存在的因内容请求者无法感知内容提供者的移动切换，造成请求消息无法得到响应，并且通信被迫中断的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种内容中心网络的内容提供者移动切换方法，其特征在于：内容提供者记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值；所述切换服务阈值是内容提供者根据其提供的每个内容的当前服务数量，用于判断在其移动切换前，是否主动推送该内容至其原接入的路由器而设定的阈值；内容提供者移动之前，先判断此时每个内容的当前服务数量是否大于或等于切换服务阈值，若是，则将该当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本，采用发送样本推送数据包的方式推送到该内容提供者的原接入的路由器，以使请求该内容的多个请求者能够通过该内容提供者的原接入的路由器继续获得服务，保证在该内容提供者移动过程中，该多个请求者通信的连续性；若否，即内容的当前服务数量小于切换服务阈值，则内容提供者对该内容不执行任何附加操作；内容提供者完成所有当前服务数量不小于切换服务阈值的内容的完整样本的推送后，完成移动切换过程。

所述方法包括下列操作步骤：

(1)内容提供者记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值；

(2)内容提供者在移动之前，先判断此时每个内容的当前服务数量是否大于或等于切换服务阈值，若是，则执行后续步骤(3)；若否，则内容提供者开始移动切换过程，并跳转执行步骤(7)：

(3)内容提供者将当前服务数量大于或等于切换服务阈值的每个内容的完整样本，采用发送样本推送数据包的方式主动推送到该内容提供者的原接入的路由器；

(4)内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包后，先将样本推送数据包中的内容缓存；然后向该内容提供者发送样本确认反馈包；

(5)内容提供者完成所有当前服务数量不小于切换服务阈值的内容的完整样本的推送操作，并接收到全部内容的样本确认反馈包后，开始移动切换过程；

(6)在内容提供者移动切换期间，因该内容提供者的原接入的路由器已经缓存当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本，故请求这些内容的多个请求者仍然通过内容提供者的原接入的路由器继续获得服务，保证多请求者通信的连续性；

(7)内容提供者移动切换完成后，内容服务请求根据当前的网络状态进行处理：从该内容提供者的原接入的路由器或该内容提供者新位置处得到响应。

所述样本推送数据包是在传统数据包的基础上，增加选择项字段Sample Push Flag所组成：Sample Push Flag＝1为样本推送数据包，Sample Push Flag＝0为传统数据包。

所述样本推送数据包是内容提供者向该内容提供者的原接入的路由器发送的专用数据包，其用途是将当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本推送至该内容提供者的原接入的路由器，以使该内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包后，缓存其中的内容信息。

所述样本确认反馈包是在传统请求包的基础上，增加选择项字段Sample Ack Flag所组成：Sample Ack Flag＝1为样本确认反馈包，Sample Ack Flag＝0为传统请求包。

所述样本确认反馈包是内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包并将其中内容缓存完成后，向内容提供者反馈发送的确认包。

本发明方法的创新特点是：内容提供者在移动切换之前，要记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值——用于判断是否主动推送内容至其原接入的路由器而设定的阈值。并且，定义样本推送数据包和样本确认反馈包，当内容提供者提供的内容的当前服务数量大于或等于切换服务阈值时，内容提供者就通过发送样本推送数据包的方式将该内容的完整样本推送到内容提供者的原接入的路由器，从而使得在其移动切换期间，保证请求该内容的多个请求者通信过程的连续性。内容提供者移动切换完成后,内容服务请求根据当前的网络状态进行相应的处理：分别从该内容提供者的原接入的路由器、或者该内容提供者新位置处得到响应。

总之，本发明能够保证在内容提供者移动切换过程中，请求消息及时得到响应，并且多个内容请求者在整个通信过程中的连续性。

本发明方法的操作步骤简单、容易、便利，较好地解决了现有技术存在的弊病，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明内容中心网络的内容提供者移动切换方法的应用场景示意图。

图2是本发明内容中心网络的内容提供者移动切换方法的操作步骤流程图。

图3是本发明内容中心网络的内容提供者移动切换方法的时序图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明方法的应用场景：内容提供者服务器为多个请求者(图示为请求者1、请求者2…、请求者n)提供服务。内容提供者服务器移动切换之前的原接入的路由器是R1，内容提供者服务器移动切换后接入的路由器是R2。

内容提供者服务器在切换移动前,将当前服务数量大于或等于切换服务阈值的每个内容的完整样本采用样本推送数据包的方式推送到R1中，完成推送后，R1中就有相关内容的缓存。内容提供者服务器移动切换期间，请求者不知道内容提供者已经发生移动，请求消息仍然发向内容提供者服务器的原位置，这时，这些请求消息可以从R1中获得响应，可以保证请求者通信的连续性。内容提供者服务器移动切换完成后，未完成的请求和新的请求根据现有路由机制进行转发，可以从内容提供者服务器的原接入的路由器R1获得服务，也可以从内容提供者服务器的新位置得到响应。

本发明是一种内容中心网络的内容提供者移动切换方法：内容提供者记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值；所述切换服务阈值是内容提供者根据其提供的每个内容的当前服务数量，用于判断在其移动切换前，是否主动推送该内容至其原接入的路由器而设定的阈值；内容提供者移动之前，先判断此时每个内容的当前服务数量是否大于或等于切换服务阈值，若是，则将该当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本，采用发送样本推送数据包的方式推送到该内容提供者的原接入的路由器，以使请求该内容的多个请求者能够通过该内容提供者的原接入的路由器继续获得服务，保证在该内容提供者移动过程中，该多个请求者通信的连续性；若否，即内容的当前服务数量小于切换服务阈值，则内容提供者对该内容不执行任何附加操作；内容提供者完成所有当前服务数量不小于切换服务阈值的内容的完整样本的推送后，完成移动切换过程。

参见图2和图3，介绍本发明方法的下列具体操作步骤及其时序图：

步骤1，内容提供者记录其提供的每个内容的当前服务数量，并根据实际移动需求设定切换服务阈值；

步骤2，内容提供者在移动之前，先判断此时每个内容的当前服务数量是否大于或等于切换服务阈值，若是，则执行后续步骤(3)；若否，则内容提供者开始移动切换过程，并跳转执行步骤(7)：

步骤3，内容提供者将当前服务数量大于或等于切换服务阈值的每个内容的完整样本，采用发送样本推送数据包的方式主动推送到该内容提供者的原接入的路由器；

步骤4，内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包后，先将样本推送数据包中的内容缓存；然后向该内容提供者发送样本确认反馈包；

步骤5，内容提供者完成所有当前服务数量不小于切换服务阈值的内容的完整样本的推送操作，并接收到全部内容的样本确认反馈包后，开始移动切换过程；

步骤6，在内容提供者移动切换期间，因该内容提供者的原接入的路由器已经缓存当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本，故请求这些内容的多个请求者仍然通过内容提供者的原接入的路由器继续获得服务，保证多请求者通信的连续性；

步骤7，内容提供者移动切换完成后，内容服务请求根据当前的网络状态进行处理：从该内容提供者的原接入的路由器或该内容提供者新位置处得到响应。

因为本发明方法定义了两种新的数据包：样本推送数据包和样本确认反馈包，下面分别对其进行详细介绍：

样本推送数据包是在传统数据包的基础上，增加选择项字段Sample Push Flag所组成：Sample Push Flag＝1为样本推送数据包，Sample Push Flag＝0为传统数据包。

样本推送数据包是内容提供者向该内容提供者的原接入的路由器发送的专用数据包，其用途是将当前服务数量大于或等于切换服务阈值的内容的完整样本推送至该内容提供者的原接入的路由器，以使该内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包后，缓存其中的内容信息。样本推送数据包的报头组成结构如下表所示：

内容名字(Content Name)签名(Signature)签署信息(Signed Info)(内容源标识，密匙定位，过期时间)内容(Data)选择项字段(Sample Push Flag＝1)

CCN机制中，当传统数据包到达路由器后，路由器首先查看PIT表，如果PIT表中存在与数据包中相同内容名字的表项，则路由器就将该数据包中的内容缓存，并将数据包按照表项中的接口转发出去；否则，丢弃该数据包。当路由器收到样本推送数据包后，因PIT表中没有与样本推送数据包中内容名字对应的记录，路由器执行的操作是将样本推送数据包中的内容缓存，然后丢弃该样本推送数据包。

样本确认反馈包也是在传统请求包的基础上，增加选择项字段Sample Ack Flag所组成：Sample Ack Flag＝1为样本确认反馈包，Sample Ack Flag＝0为传统请求包。样本确认反馈包是内容提供者的原接入的路由器接收到样本推送数据包并将其中内容缓存完成后，向内容提供者反馈发送的确认响应包。样本数据反馈包的报头组成结构如下表所示：

本发明方法已经进行了多次实施试验，这些试验的结果表明，本发明方法是成功的，实现了发明目的。