基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法，该方法采用多臂赌博机方法对转发节点上的多路径选择进行建模；被选择路径的转发概率的概率密度函数服从Beta分布，综合丢包率、带宽、往返时间多指标进行路径评估，将评估结果作为路径转发概率分布的调整依据；采用改进的汤普森采样方法自适应地选择最优路径来转发兴趣包。在多路径选择场景下，本发明专利技术方法不依赖于预先设定的转发策略，能够适应不同网络条件，根据路径评级结果智能选择转发路径。本发明专利技术方法有效避免了转发策略的冷启动问题；根据多指标评估选择转发路径，有效避免了网络拥塞，减少了数据传输的延迟。减少了数据传输的延迟。减少了数据传输的延迟。

【技术实现步骤摘要】
基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法


[0001]本专利技术涉及一种计算机网络数据通信领域，特别涉及一种基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法。

技术介绍

[0002]内容中心网络(Content
‑
Centric Networking，CCN)是为了适应未来网络通信模式的转变，提供对可扩展和高效内容获取的原生支持而提出的一种新型的网络体系架构，它将传统的由发送者(Dispatcher)驱动的端对端通信模式变革为由接收者(Recipient)驱动的内容(Contents)获取模式。在CCN中，用户(User)更多地关注内容本身而非提供内容的具体位置，并通过内容名称(Content name)来唯一地标识不同的内容(Contents)。其通信过程中主要包含请求分组(Interest Packet，又称兴趣分组)和数据分组(Data Packet)两种包类型。内容(Contents)的请求节点(Request node)通过发送带内容名称标识(Content name ID)的请求分组来搜寻所需的请求信息(Request information)，该请求分组将通过CCN路由节点进行转发。若在CCN网络中某个转发节点(Forwarding node)的缓存中找到了与请求信息(Request information)匹配的内容，则称请求信息(Request information)在该转发节点缓存命中。此时，命中节点(Hit node)将相应的数据分组(Data Packet)沿着请求分组的反向路径传回请求节点(Request node)，完成信息传输过程。
[0003]网络路径的选择可以分为直接路由与间接路由。而CCN需利用间接路由来进行路径选择。现有的转发方案仅依靠预先设定的策略模型(如Best Route)，通过获取影响线路性能的单一因素(如传输时延、丢包率、带宽)，对转发端口(Forwarding face)进行排序，按模型计算的概率为兴趣包选择转发端口。预先设定的模型策略无法进行智能转发，根据单一因素对线路的影响评估路径的优劣不能全面提升CCN转发性能；例如数据传输时延、丢包率等因素的选择会导致转发的冷启动问题。

技术实现思路

[0004]为解决现有内容中心网络CCN的转发策略造成网络拥塞、以及传输延迟的技术问题，本专利技术提出现了一种基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法。本专利技术方法是将CCN转发时的路径选择问题映射为多臂赌博机问题，然后应用汤普森采样的自主学习并选择出合适的下一跳端口，以适应不同网络特性，实现兴趣包和数据包的智能转发。本专利技术方法能够避免依靠先验丢包率等因素导致的冷启动问题；通过综合丢包率、时延、带宽三因素的路径评级避免网络拥塞，减少数据传输时间。
[0005]本专利技术的一种基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法，其特征在于包括有下列步骤：
[0006]步骤一，采用改进的汤普森采样获取转发路径；
[0007]步骤11，获取转发节点上的所有路径；
[0008]在转发节点node
转
收到任意一兴趣包AA
a
后，能够确认的可供选择的路径就是转发
节点－路径集中的所有路径；
[0009]步骤12，计算每一条路径上的路径回报值；
[0010]任意一数据包BB
b
到达转发节点node
转
时，采用路径回报值公式计算每一条路径上的路径回报值；
[0011]路径回报值公式为：
[0012][0013]ω
rtt
表示传输时延的权重系数；
[0014]ω
drop
表示丢包率的权重系数；
[0015]ω
bw
表示带宽的权重系数；
[0016]RTT_Q表示归一化的传输时延回报值；
[0017]Drop_Q表示归一化的丢包率回报值；
[0018]Bandwidth_Q表示归一化的带宽回报值；
[0019]归一化的传输时延回报值
[0020]归一化的的丢包率回报值
[0021]归一化的带宽回报值
[0022]步骤13，计算下一时刻的路径转发概率；
[0023]任意一条路径R
i
的当前时刻t的路径回报值，记为且所述的丢包率、传输时延和带宽可以看作是当前时刻t下的路径选择的状态因素，记为且
[0024]表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的传输时延回报值；
[0025]表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的丢包率回报值；
[0026]表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的带宽回报值；
[0027]位于转发节点node
转
上的任意一条路径R
i
的路径转发概率为且当前时刻t的路径转发概率为且所述服从Beta分布，转发节点node
转
依赖得到的当前回报值来调整Beta函数，从而调整下一
时刻路径的转发概率且
[0028]步骤14，基于Beta分布的转发概率调整；
[0029]转发概率服从Beta(α
i
,β
i
)分布；α
i
表示路径R
i
上的正向回报参数；β
i
表示路径R
i
上的负向回报参数；
[0030]对任意一条路径R
i
的下一时刻路径的转发概率服从Beta(α
i,t+1
,β
i,t+1
)分布，初始化阶段，转发概率服从均匀分布Beta(1,1)，即α
i,1
＝β
i,1
＝1；
[0031]当路径R
i
收到返回的当前时刻t的路径回报值后，比较与平均路径回报值且
[0032]若大于等于则调整α
i,t+1
，且
[0033]若小于则调整β
i,t+1
，且
[0034]步骤15，获得兴趣包的转发路径；
[0035]从下一时刻－转发概率集中选取出最大值的转发概率，记为
[0036]然后，将所述的对应的路径作为兴趣包的转发路径HR；
[0037]步骤二，构建PR_FIB表；
[0038]改进的兴趣转发表，记为PR_FIB表；所述PR_FIB表是在传统FIB表中增加了转发概率和回报值两项信息；
[0039]转发节点node
转
中的PR_FIB表对收到的任意一兴趣包AA
a
在进行转发前，需要根据每一条路径的Beta分布生成路径对应的转发概率，并填充至PR_FIB表的转发概率列中；当转发节点node
转
收到任意一数据包BB
b
后，会为相应的转发端口填充上记录在PR_FIB表中的路径回报值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于汤普森采样的内容中心网络多路径选择方法，其特征在于包括有下列步骤：步骤一，采用改进的汤普森采样获取转发路径；步骤11，获取转发节点上的所有路径；在转发节点node
转
收到任意一兴趣包AA
a
后，能够确认的可供选择的路径就是转发节点－路径集中的所有路径；步骤12，计算每一条路径上的路径回报值；任意一数据包BB
b
到达转发节点node
转
时，采用路径回报值公式计算每一条路径上的路径回报值；路径回报值公式为：ω
rtt
表示传输时延的权重系数；ω
drop
表示丢包率的权重系数；ω
bw
表示带宽的权重系数；RTT_Q表示归一化的传输时延回报值；Drop_Q表示归一化的丢包率回报值；Bandwidth_Q表示归一化的带宽回报值；归一化的传输时延回报值归一化的的丢包率回报值归一化的带宽回报值步骤13，计算下一时刻的路径转发概率；任意一条路径R
i
的当前时刻t的路径回报值，记为且所述的丢包率、传输时延和带宽可以看作是当前时刻t下的路径选择的状态因素，记为且且表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的传输时延回报值；表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的丢包率回报值；表示路径R
i
在当前时刻t的归一化的带宽回报值；
位于转发节点node
转
上的任意一条路径R
i
的路径转发概率为且当前时刻t的路径转发概率为且所述服从Beta分布，转发节点node
转
依赖得到的当前回报值来调整Beta函数，从而调整下一时刻路径的转发概率且步骤14，基于Beta分布的转发概率调整；转发概率服从Beta(α
i
,β
i
)分布；α
i
表示路径R
i
上的正向回报参数；β
i
表示路径R
i
上的负向回报参数；对任意一条路径R
i
的下一时刻路径的转发概率服从Beta(α
i,t+1
,β
i,t+1
)分布，初始化阶段，转发概率服从均匀分布Beta(1,1)，即α
i,1
＝β
i,1
＝1；α
i,1
表示初始时刻的路径R
i
上的正向回报参数；β
i,1
表示初始时刻的路径R
i
上的负向回报参数；当路径R
i
收到返回的当前时刻t的路径回报值后，比较与平均路径回报值且若大于等于则调整α
i,t+1
，且若小于则调整β
i,t+1
，且G表示时刻点的总个数；表示路径R
i
的第1时刻的路径回报值；表示路径R
i
的第2时刻的路径回报值；表示路径R
i
的上一时刻的路径回报值；α
i,t
表示当前时刻t的路径R
i
上的正向回报参数；α
i,t+1
表示下一时刻t+1的路径R
i
上的正向回报参数；β
i,t
表示当前时刻t的路径R
i
上的负向回报参数；β
i,t+1
表示下一时刻t+1的路径R
i
上的负向回报参数；步骤15，获得兴趣包的转发路径；从下一时刻－转发概率集中选取出最大值的转发概率，记为然后，将所述的对应的路径作为兴趣包的转发路径HR；步骤二，构建PR_FIB表；改进的兴趣转发表，记为PR_FIB表；所述PR_FIB表是在传统FIB表中增加了转发概率和回报值两项信息；
转发节点node
转
中的PR_FIB表对收到的任意一兴趣包AA
a
在进行转发前，需要根据每一条路径的Beta分布生成路径对应的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天博，林婉霜，夏春和，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：