命名数据网络中多业务多路径路由优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机网络数据路由优化技术领域，具体是命名数据网络NDN(Named Data Networking)中一种支持多业务多路径的路由优化方法。
【背景技术】
[0002] 命名数据网络NDN(Named Data Networking)是一种以命名数据为主要通信对象 的网络体系，是信息中心网络的一种特例。在NDN中，通过给数据命名并根据数据包的名 字信息进行通信，改变了目前网络基于IP地址的通信方式，在鲁棒性和扩展性等方面相对 于TCP/IP网络表现尤为突出。NDN中的通信由内容请求者驱动，即内容请求者首先需要 发送数据请求，内容发布者再根据数据请求将相应的数据发送给内容请求者。NDN中包含 两种格式包，兴趣包（Interest Packet)和数据包（Data Packet)，其中Interest包是用 户为请求数据而发送的包含名字信息的请求包，而Data包中则包含用户要请求的真正数 据，其中Data包和Internet包的名字信息相同。所有的包均被内容路由器以逐跳转发的 方式进行转发处理，每个内容路由器包含三种表结构，分别为信息转发表FIB (Forwarding Information Base)、待定请求表PIT(Pending Interest Table)和内容存储器CS(Content Store)。CS中存储的是内容发布者发送而来的数据，PIT表存储的是已经被当前节点转发 出去的interest包的名字信息及其对应的"上游" (Up Stream)接口；FIB表记录的是对应 名字信息的interest包可以被转发的"下游"（Down Stream)接口集合，用来将interest 包转发到匹配的下一接口，如果没有匹配是接口，则这个interest包将被丢弃。
[0003] NDN中的interest包路由转发方法为NDN领域研究热点。目前所提出的路由方 法包括：全转发方法和随机转发方法，全转发方法是路由节点将internet包根据FIB中的 接口集合向所有下一跳接口转发，这样会导致网络中存在大量的冗余流量，而随机转发策 略则是路由节点为internet包随机选择一个接口进行转发，避免了网络流量的冗余，但是 无法保证以最优的路径获取请求的数据；一种分层的NDN路由方法被提出对路由过程进 行控制，该方法将路由控制分成2个层次进行处理，即拓扑维护层和名字前缀发布层，前者 维护整个NDN的拓扑结构，并计算最短路径树，后者负责在最短路径树上发布名字前缀，避 免向所有节点的FIB发送名字前缀信息，解决了 FIB表中内容条目过多的问题；一种基于 内容流行度的路由选择算法被提出用来概率性选择路径，该方法在路由中引入内容流行度 的分析和考虑，将用户访问内容对象的行为特征以及兴趣偏好的分析融入到路由选择算法 中，降低了用户的请求失效率；一种邻居缓存路由策略被提出用来优化存储资源，将路由节 点缓存因素引入到路由决策中，充分利用了 NDN节点CS中缓存的数据，减少了网络中的冗 余流量并提高了网络的整体性能；一种名为服务内容中心路由的路由方法被提出用来优 化路径选择，该路由方法基于蚁群优化，其思想是将内容中心网络CCN(Content-Centric Networking)中各内容服务器负载轻重以及链路时延大小作为优化参数的路由依据，其核 心是在CCN上添加一个控制层，并在控制层更新路由表，而真实的数据则在CCN层根据路由 表信息直接传输。
[0004] 虽然这些算法都根据各自的需求取得了一定效果，但以上这些算法都只单一地归 属为以时延作为评价标准的最短路径路由方法DSPR(Delay-shortest Path Routing，或 以剩余带宽作为评价标准的最宽带宽路由方法BWPR(Bandwidth-widest Path Routing)。 最短路径路由方法能够为时延敏感的业务找到一条时延最低的最佳路径，但是对于带宽敏 感的业务来说这未必是最佳路径；同理，最宽带宽路由方法能够为带宽敏感的业务找到一 条平均可用带宽最大的最佳路径，但是对于时延敏感的业务来说这条路径的时延可能较 大。因此，对于将要承载多种业务的NDN网络，以上算法就不能根据多业务不同的服务质量 QoS(Quality of Service)需求为其选择不同路径转发，极大地限制了这些路由方法的适 用性。
[0005] 因此，必须提出一种支持多业务的路径选择转发方法，为不同业务类型的数据包 选择不同的路径进行转发，从而使NDN能够承载不同类型的业务，并提供区分的QoS服务。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提出一种基于蚁群优化算法AC0(Ant Colony Optimization)，能有效支持NDN网络QoS的多业务多路径路由方法，实现多业务区分服务 效果，本发明称所提出方法为基于蚁群的多业务多路径QoS路由ACO-MsMpQoSR(Ant Colony Optimization-based Multi-service Multi-path QoS Routing)〇
[0007] 本发明的技术方案可以分为以下几个部分：
[0008] 命名数据网络中多业务多路径路由优化方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1、将NDN网络中的业务分为无阻碍转发业务EF、保证转发业务AF和尽力转 发业务BE三种类型，将无阻碍转发业务业务EF划分为时延敏感型业务，将保证转发业务AF 和尽力转发业务BE划分为带宽敏感型业务；
[0010] 步骤2、内容请求者，即边缘节点标记相应的区分服务码点值DSCP到interest包 的业务类型字段ToS中，interest包中包含业务类型字段ToS、计时器字段TS、瓶颈带宽记 录器字段MBS、类型字段Type和内容名称字段Content Name ;
[0011] 步骤3、对interest包进行路由选择及转发；
[0012] 步骤4、内容发布者收到interest包后，生成相应的data包，将interest包中 的计时器字段TS、瓶颈带宽记录器字段MBS以及业务类型字段ToS进行复制并封装到对 应的data包中的计时器字段TS、瓶颈带宽记录器字段MBS和业务类型字段ToS中，并沿此 interest包所经过路径的反向路径，原路回送到内容请求者，反向路径中每个NDN网络中 的核心节点收到data包时，根据data包中计时器字段TS、瓶颈带宽记录器字段MBS和业务 类型字段ToS更新核心节点的信息素浓度。
[0013] 如上所述的步骤3包括以下步骤：
[0014] 步骤3. 1、定义核心节点中的PT表包含内容名字信息Content Name、逐跳行为信 息PHB、接口 Faces和信息素浓度τ，对于每一个内容名字信息Content Name对应两种逐 跳行为信息，即无阻碍转发业务EF跳转信息以及保证转发业务AF/尽力转发业务BE跳转 信息，每种逐跳行为信息对应不同的接口，每种逐跳行为信息对应的不同的接口具有不同 信息素浓度；
[0015] 步骤3. 2、根据interest包的内容名称字段Content Name查找PT表对应的内容 名字信息Content Name，根据interest包中的业务类型字段ToS进一步查找PT表中内容 名字信息Content Name下的逐跳行为信息PHB，然后根据逐跳行为信息PHB和各个接口针 对逐跳行为信息PHB的信息素浓度确定由哪个接口输出。
[0016] 如上所述的步骤3. 2中确定由哪个接口输出即选择针对逐跳行为信息PHB的信息 素浓度最大或较大的接口输出，具体为：
[0017] 步骤3. 2. 1、定义核心节点i上PT表中转发接口 j的信息素浓度表示为<，其中 s表示内容发布者，t表示业务类型，t e {时延敏感型业务，带宽敏感型业务}，r为一个〇 到 1之间的随机数，r。为常数，0彡r。彡1 ;
[0018] 步骤3. 2. 2、当r彡r。时，下一跳转发接口直接选择针对逐跳行为信息PHB的信息 素浓度最大的接口进行转发，即：
[0019] 步骤3. 2. 3、当r > r。时，采用轮盘赌算法选择针对逐跳行为信息（PHB)的信息素 浓度较大的接口进行转发。
[0020] 如上所述的步骤3. 2. 3包括以下步骤：
[0021] 步骤3. 2. 3. 1、计算当前PT表中内容名字信息Content Name对应的逐跳行为信息 PHB下每个接口的信息素浓度在当前P