专利名称：一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法
一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法技术领域
本发明公开了一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法，属于光通信网络技术领域。
背景技术：
随着技术的进步和互联网应用的普及，硬件互联的需求已经退而为次，信息共享成为网络互联的首要目标，内容服务成为网络服务的主体。目前，网络应用的主体已经转向文字信息和视频等内容。在此前提下，用户并不关心内容具体的存放位置，而是关心内容的传送速度和传送质量，以及网络是否安全。在目前的互联网架构下。我们仍然是根据主机地址进行信息内容的检索和传送。这样做并不能适应上层应用的变化。
为了适应这种需求的变化，美国学术界率先提出了面向内容的网络体系架构。目前国外学术界关于内容中心体系的研究项目很多，主要包括美国伯克利大学RAD实验室提出的“面向数据的网络体系架构”(DONA)、美国卡内基梅隆大学的“面向数据传输”(DOT)等项目，这些项目大多数采用了网络命名内容(NNC)的方式。在现有光网络中引入内容为中心的思想，意味着淡化传统的端到端模式，以内容作为建立光路的依据。内容中心网络具有一个突出的技术特征，即中间缓存机制，可以实现在一定缓存策略基础上将网络中的高频率传送内容缓存在中间交换节点，节省多次传送带来的网络带宽占用，从而大幅度提高网络传输效率，带来更短的网络平均传送延时和更好的终端用户体验。
目前，针对光网络的内容中心研究尚处于起步阶段。基于光网络的内容中心网络可以有效控制光骨干网流量，将大规模频繁被请求的数据传送控制在比边缘光网络的范围，从而有效减轻核心网负荷，减少用户请求业务的平均传送时延，显著提升边缘用户的用户体验。发明内容
本发明的目的是提供一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法。 该装置针对在智能光网络中需要域间建路并传送资源的情况，在智能光网络的管控平面之上进行补充，可实现资源在沿路域的下路缓存与重定向传送的过程。域内建路并不在本发明的讨论范围之内。该方法适用于高并发业务量的光网络。
本发明采用下述的技术方案。
—种面向内容中心的智能光网络交换装置，其特征在于，针对智能光网络中需要域间建路并传送资源的情况，根据服务请求名称，记录业务被请求的次数，并根据该业务在全网络范围内被请求的频率决定是否在路由沿路域进行下路缓存，实现该业务在全网范围内端到端的重定向请求。实现将频繁被请求的域间数据传送控制在边缘光网络范围的目的。所述交换装置包括如下部分
内容服务器本发明中，所有内容服务器均特指专用于内容重定向的、在管理平面登记并记录在下文所述内容中心分布数据库中的服务器。其在实际网络中的部署策略，并不在本专利的讨论范围内；
内容信息数据库(SlOl):记录内容名称及内容在某域是否存在及被某特定域请求的次数占全网总请求数的频率；
重定向地址数据库(S102):记录网络内各域所请求的内容被重定向的目标内容服务器具体位置；
内容中心分布数据库(S103):记录全网范围内域间存在内容中心服务器的域的分布情况；
域间路径计算单元(S104):负责计算客户域(源地址所在域)与服务域之间可达路径。
一种面向内容中心的智能光网络交换装置，其特征在于包括以下步骤
步骤I :客户域消息处理单元接收服务请求，并提取任务中具体用户地址，服务类型，内容名称等信息；
步骤2 :消息处理平面将获得的服务信息发送到管理平面，管理平面更新并查询内容信息数据库中该内容被源域请求次数占全网范围内总请求次数的百分比，并与设定的频率阈值作比较，判断本次内容传送是否需要重定向；
步骤3 :使用域间路径计算单元计算域间路径。管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容；
步骤4:根据管理平面设定的一次或多次下路的规则，优先选取计算所得路径上距离目的端近的内容中心、，由控制平面通过发送信令通知选取的内容中心向内容目的域发起请求，将内容拉取到被选取的内容中心；
步骤5 :内容在选取的内容中心下路完毕后，更新内容信息数据库，将对应选取的内容中心的该内容记录置为存在。更新重定向地址数据库，更新重定向行为状态；
步骤6 :使用域间路径计算单元计算域间路径。管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容；
步骤7 :重定向目的域地址，采用新的目的域地址并调用域间路径计算单元计算域间路径。光网络控制平面在客户域和目的服务器域之间建立光路；
步骤8 :由管理平面控制，在设定周期内根据内容信息数据库中各条内容记录对应的内容被请求频率，对于已经低于设置的频率阈值的内容，查询重定向地址数据库记录， 删除已缓存该内容的域对应的内容服务器中的该内容,并更新内容信息数据库中对应的记录，删除重定向地址数据库中的重定向信息。
本发明具有以下优点和效果提出了一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法。本装置利用智能光网络中的管理控制平面，实现了面向内容中心的内容分布管理。发明可实现域颗粒度的内容管理，通过判断内容在某一给定域内被请求次数在全网请求数中所占比例，选择性配置分布在该域近端的内容服务器进行内容的存储和中继， 实现了高频率被请求内容在网络中的智能重分布，最大程度的将内容推送至边缘，明显降低了骨干网负载，显著减少了长距离内容传送的次数，提高了网络利用效率，实现了内容的闻效传送。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图I是本发明所述交换装置对于智能光网络分层结构做出的补充示意图2是本发明面向智能光网络的交换装置的结构示意图3是本发明中作为示例的拓扑抽象方法示意图4是本发明交换装置工作流程示意图。
具体实施方式
图I表明了本发明所述交换装置对于智能光网络分层结构做出的补充示意图。整体架构可采用基于G. 8080的智能光网络体系结构，但不仅限于此类结构，所有支持动态连接建立和拆除的光网络结构均可使用本装置。主要由三层组成，即控制层、传送层与管理层。重点包括了本发明对于管理和控制层做出的补充，包括处在管理层的用于补充资源管理机制的重定向管理模块和处在控制层的光路重定向控制模块。
处在管理层的用于补充资源管理机制的重定向管理主要功能在于，在管理层使用域间路径计算单元计算域间路径后，由管理平面重定向管理模块查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容。 如果存在，则更新重定向地址数据库。
处在控制层的光路重定向控制模块的主要功能在于，根据重定向管理模块的结果将资源请求的目的地址重新定向到沿域的距离目的域路由距离更近的内容中心服务器所在域，并重新调用域间路径计算单元计算并建立新的光路。
结合图2对本发明面向智能光网络的交换装置的结构进行详细说明。该交换装置具有以下结构
消息、处理单元主要功能是处理服务请求，服务类型包括域内服务和域间服务。 域内服务的特征在于服务的客户地址与服务地址均在同一个域内，不需要进行建立域间链路。本发明也支持这种应用，但不是本发明的重点，本发明不作讨论。
内容信息数据库，记录内容名称、内容在某域是否存在及该内容被某一特定域请求的次数占全网总请求数的百分比。该数据库是本发明为管理全网内容资源所记录的全局资源情况的数据库，是资源重分布和重定向传送的重要依据。主要以资源名称为维度，记录该内容数据在全网中具体存在的域的标号，以及该内容被某一特定域请求的次数占全网总请求数的百分比。该数据库反映出全网以内容为中心对资源的传送路径策略做出选择。
重定向地址数据库记录网络内各域在发起某内容请求时，内容被重定向的目标内容服务器具体位置。该数据库是重定管理模块的重要组成部分，可以避免多次的重定向目的域重新计算。当某资源重定向地址被写入该数据库后，在该域用户再次发起对该资源的请求时，不会重新计算内容服务器的位置并进行重新获取。当某资源的请求频率低于设定网络阈值后，该内容资源在重定向地址数据库的记录会被删除，并由控制平面控制在相应重定向内容服务器中删除该内容。该内容在下次传送时不会被重定向到中间内容服务器。
内容中心分布数据库记录全网范围内域间存在内容中心服务器的域的分布情况。内容重定向时，该数据库为中间内容服务器的选择提供依据。该数据库由网络中部署的内容中心服务器位置决定，并可由管理平面写入和修改。
域间路径计算单元负责计算客户域(源地址所在域)与服务域之间可达路径。 源域是指发起业务的用户节点所在的域，目的域是指被请求的目的服务器所在的域，以及重定向后的内容中心服务器所在的域。域间路径计算单元计算路由的算法不作规定，所有支持动态连接建立和拆除的光网络结构均可保留原有的路由计算方法和相应采用的路由度量。
下面结合图三所示的示例拓扑抽象方法示意图，针对提供的具体拓扑进行本发明的总体过程描述。
图三所示的网络拓扑由七个域组成，下层为真实的物理拓扑，上层是采用拓扑抽象技术后形成的虚拟拓扑，包括域A、域B、域C、域D、域E、域F六个独立的域。每个域通过光网络交换设备，如OXC，OADM等连入光网络。从管理平面上看，在不同域之间建立连接需要调用域间路径计算单元，并通过控制平面计算路由，最终建立光路。
下面结合图三，描述采用本发明面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法，完成业务传送的全过程示例。当域A中客户端节点发起资源请求时，客户域消息处理单元接受A域的服务请求，提取具体任务中的内容信息发送至管理平面。管理平面更新并查询内容信息数据库中，该内容被A域请求的次数占全网范围内请求次数的百分比,判断本次传送可以进行重定向。
使用域间路径计算单元计算域间路径为A-B-E后，管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询结果为B域具有内容中心服务器且B域内容中心服务器尚未存储此资源内容。管理平面将结果传递至控制平面，控制平面在B域和E域之间建立光路， 将内容拉取至B域的内容中心服务器。下路完毕后，管控平面配合更新内容信息数据库和重定向地址数据库。控制平面在A域和B域之间建立光路，A域直接从B域获取资源。
当域A中用户再次发起对该内容的请求时，管理平面将直接通知控制平面采用重定向至B域的方法传送资源。特别的，当C域需要从E域请求该资源时，根据路由结果 C-B-E，管控平面会将资源传送路径重定向为B-C。
下面结合图四，具体说明服务光路建立的过程。
步骤I :客户域消息处理单元接收服务请求，并提取任务中具体用户地址，服务类型，内容名称等信息；
步骤2 :消息处理平面将获得的服务信息发送到管理平面，管理平面更新并查询内容信息数据库中该内容被源域请求次数占全网范围内总请求次数的百分比，并与设定的频率阈值作比较，判断本次内容传送是否需要重定向。根据结果，可将内容传送分为两种不同情况处理(I)该内容被源域请求次数占全网范围内总请求次数的百分比，小于设定的频率阈值，资源不进行重定向，(2)该内容被源域请求次数占全网范围内总请求次数的百分比，大于设定的频率阈值，资源传送进行重定向；
对于情况(I)，其步骤如下
步骤3 :使用域间路径计算单元计算域间路径。光网络控制平面根据域间建路的路由算法，得出所要建立的光路路径；
步骤4 :控制层完成相关链路配置，在客户域和服务器域之间完成建立光路；
步骤5 :资源传送完毕，释放光路资源，完成本次内容传送。
对于情况(2)，其步骤如下
步骤3 :管理层使用域间路径计算单元计算域间路径。管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容。根据查询结果，可将结果分为两种情况处理(a)在沿域的内容中心服务器不存在所请求内容，(b)在沿域的内容中心服务器存在所请求内容。
对于情况(a)，其步骤如下
步骤4 :根据管理平面设定的一次或多次下路的规则，优先选取计算所得路径上距离目的端近的内容中心，由控制平面通过发送信令通知选取的内容中心向内容目的域发起请求，将内容拉取到被选取的内容中心；
步骤5 :内容在选取的内容中心下路完毕后，更新内容信息数据库并转到情况(2) 的步骤3。
对于情况(b)，其步骤如下
步骤4 :重定向目的域地址，根据管理平面设定的一次或多次下路的规则，优先选取计算所得路径上距离目的端近的内容中心为目的域地址；
步骤5 :调用域间路径单元计算域间路径。光网络控制平面在发起请求域和重定向内容中心服务器域之间建立光路；
步骤6 :资源传送完毕，释放光路资源，完成本次内容传送。
上面对本发明所述的一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种面向内容中心的智能光网络交换装置，其特征在于根据光网络内的内容服务器分布，基于内容名称对于资源进行域颗粒度的重分布和重定向；所述交换装置包括内容服务器特指专用于内容重定向的、在管理平面登记并记录在下文所述内容中心分布数据库中的服务器；内容信息数据库(Sioi):记录内容名称及内容在某域是否存在及被某特定域请求的次数占全网总请求数的频率；重定向地址数据库(S102):记录网络内各域所请求的内容被重定向的目标内容服务器具体位置；内容中心分布数据库(S103):记录全网范围内域间存在内容中心服务器的域的分布情况；域间路径计算单元(S104):负责计算客户域(源地址所在域)与服务域之间可达路径。
2.一种面向内容中心的智能光网络边缘缓存方法，其特征在于包括以下步骤步骤I :客户域消息处理单元接收服务请求，并提取任务中具体用户地址，服务类型， 内容名称等信息；步骤2:管理平面更新并查询内容信息数据库中该内容被源域请求次数占全网范围内总请求次数的百分比，并与设定的频率阈值作比较，判断本次内容传送是否需要重定向； 步骤3 :管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容；步骤4 :根据管理平面设定的一次或多次下路的规则，优先选取计算所得路径上距离目的端近的内容中心，由控制平面通过发送信令通知选取的内容中心向内容目的域发起请求，将内容拉取到被选取的内容中心；步骤5 :内容在选取的内容中心下路完毕后，更新内容信息数据库，将对应选取的内容中心的该内容记录置为存在。更新重定向地址数据库，更新重定向行为状态；步骤6 :使用域间路径计算单元计算域间路径，管理平面查询内容中心分布数据库和内容信息数据库，查询计算所得的路径经过各域的内容中心中是否存在所请求的内容； 步骤7 :重定向目的域地址，采用新的目的域地址并调用域间路径计算单元计算域间路径，光网络控制平面在客户域和目的服务器域之间建立光路；步骤8 :由管理平面控制，在设定周期内根据内容信息数据库中各条内容记录对应的内容被请求频率，对于已经低于设置的频率阈值的内容，查询重定向地址数据库记录，删除已缓存该内容的域对应的内容服务器中的该内容，并更新内容信息数据库中对应的记录， 删除重定向地址数据库中的重定向信息。
全文摘要
本发明的目的是提供一种面向内容中心的智能光网络交换装置和边缘缓存方法。所述交换装置包括内容服务器、内容信息数据库、重定向地址数据库、内容中心分布数据库，域间路径计算单元等5个单元。该装置针对光网络中需要域间建路并传送资源的情况，在智能光网络的管控平面之上进行补充，可实现域颗粒度的内容管理，通过判断内容在某一给定域内被请求次数在全网请求数中所占比例，选择性配置分布在该域近端的内容服务器进行内容的中继，实现了高频率被请求内容在网络中的智能重分布，最大程度的将内容推送至边缘，明显降低了骨干网负载，显著减少了长距离内容传送的次数，提高了网络利用效率，实现了内容的高效传送。
文档编号H04Q11/00GK102917287SQ20121047533
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者李慧, 徐彤, 纪越峰 申请人:北京邮电大学