预先分配重复名称前缀检测机制中使用命名池CCN移动物联网网络为基础

文摘

随着移动设备和物联网(物联网)设备爆炸增长,各种内容是随时随地创建的。满足这样的趋势,当前互联网体系结构暴露了许多限制,如高控制开销由于多级式地址解析,频繁位置更新,和网络拥塞。最近,以信息为中心的网络(ICN)被认为是新网络架构重新设计当前互联网的内容交换范式。在当前ICN体系结构中,当移动节点移动到一个新的领域,它需要长时间的延迟来配置并确认临时名称前缀。因此,本文提出了一种高效移动CCN名称前缀配置机制来减少所需的延迟名称前缀配置在MCS的交接。从性能分析,显示了建议的机制提供较低的控制开销和较低的资源消耗。

1。介绍

卷的各种物联网(物联网)设备和移动设备迅速增加,设备的运动已经成为关键研究点。移动设备可能会链接到物联网设备或信息可能随时随地实时传感数据传输。预计全球移动数据流量将增加18倍从2011年到2016年(1]。通过这样的趋势,mobile-connected设备导致大量数据流量和网络资源消耗。然而,当前的互联网体系结构的基础上,基于主机的模型无法跟上这种趋势(即由于各种额外的操作。,频繁位置更新、多级地址解析等)。

解决这种限制,许多研究人员注意到新网络架构等信息为中心的网络(ICN),在内容的访问内容名称本身而不是IP地址为节点的内容。ICN有典型的例子:小姐2),4病房(3],NetInf [4],PSIRP [5],CCN [6]。在这些研究中,本文的重点是做好网络(CCN)架构,因为它被认为是有效的网络架构内容共享(7]。

然而,几乎没有考虑由于设备运动的影响。在CCN,内容消费者流动性都可以很好地处理因为CCN receiver-driven固有的性质,没有需要位置更新。内容后,消费者进入另一个领域,它只是兴趣重新传输数据包相关数据包,还没有被下载。同时,内容源CCN流动导致许多问题,如路由更新频繁,重复传播感兴趣的包,和内容下载时间长,因为它需要完全更新路由器路由表的内容。

为了克服这些问题,提出了一些解决方案。tunnel-based方法(8,9基于MIPv6]。定位器/基于id的方法(10,11)使用位置和标识符的概念ICN支持提供者分离流动。转发信息库(FIB) update-based方法(12,13也是基于MIPv6概念,而是使用隧道重定向兴趣包的新位置内容源,它使用FIB更新数据包重定向兴趣。然而,这些方法仍然存在效率低下的交接延迟和高利息丢包率由于长时间延迟为新名称前缀配置。就是这样的重定向方案需要新名称前缀始终接收数据包内容消费者利益。然而,目前CCN架构假设interest-data新名字交换模型配置和确认过程保证名字的独特性,导致长时间延迟(即。,超过5秒)。所以,快速重复名称前缀检测(fDND)机制提出了减少延迟的新名称的配置(14]。但是,它还需要在第二单元配置为新名称。因此,本文提出了一种有效的预先分配名称配置机制使用命名池架构减少长交接延迟的移动内容源。该方案不需要任何额外的延迟来检查名称唯一性使用有状态名称池架构。

剩下的纸是组织如下。部分2简述CCN之架构,然后显示发生了什么而移动内容源进入另一个领域。部分3提出了设计建议和详细的操作机制。然后我们提出评价结果作出结论。

2。CCN移动性管理

2.1。基本CCN

基本上,CCN由两个包类型、利息和数据(图1)。兴趣包作为查询的内容。数据包是利用携带的实际内容。兴趣包包含一个惟一的标识符(内容的名字),一组等参数的顺序偏好(选择),和一个随机nonce价值防止数据包循环等等。有一个层次结构,每个名称前缀和“/”字符代表不同组件之间的分隔符(即。," /smu.ac.kr/jyl/医生/pDND.txt”)。

内容的名字是用于标识和路由查找。

每个CCN节点主要有三个功能块包转发:内容库(CS),等待利益表(坑)和转发信息库(FIB)。心房纤颤是利用远期利益包向潜在内容持有者(s)和匹配数据。几乎是现有的IP路由器,类似于一个无伤大雅的表的关键区别在于,对象标识符名称本身的内容,而不是IP地址。CS具有作为缓存的内容。它存储数据包在未来的其他内容请求者使用。所以,CCN请求者可以提供本地化附近传播内容。坑跟踪利益转发对内容源(s),这样可以将返回的数据发送回请求者(s)。坑条目被淘汰就已经消耗了匹配的数据包。坑的条目利益永远找不到匹配的最终数据超时,自然消除。

内容检索和转发过程是描绘在图2。感兴趣当一个包到达0,内容库查找进行基于内容的名称。如果找到匹配的数据在CS,数据包。否则,它搜索一个坑进入检查它是否已经收到另一个请求同样的内容。如果找到匹配条目坑,CCN节点添加到现有条目的面对新的兴趣包到达。当数据包到达任何节点,它是复制和发送所有脸上的坑条目内容。如果内容兴趣包名称不匹配CS或坑、FIB抬起头来确定即将离任的脸的兴趣包应该转发。此外,坑里添加一个条目的转发数据包。换句话说,数据包仅仅遵循坑条目的顺序返回内容请求者。

2.2。用移动物联网CCN的相关性

在物联网的世界里,大量的异构设备之间相互关联,相互传输数据通过网络(15- - - - - -18]。所以,需要处理大量的异构数据实时动态生成的。此外,智能设备与各种传感器(即。,accelerometer, GPS, gyroscope, magnetometer, etc.) generate lots of information keeping in motion. Therefore, additional networking and service mechanisms are required to handle the huge volume of various kinds of heterogeneous information from IoT devices. Thus, inherent characteristics of CCN like hierarchical content name prefix and cache-and-forward architecture can efficiently handle the relevant traffic and service cases in IoT environment.

然而,在移动环境下,似乎不可能,但移动节点知道的确切名称内容与本地网络交互时需要的数据。内容名称前缀CCN环境配置层次结构与各种组件和application-relevant命名。它有利于更迅速查找内容。内容消费者并不关心在哪里以及如何获得一块内容数据。所以,保持内容交付的连续性,新的CCN命名配置机制是需要处理各种各样的移动物联网环境。

2.3。由于内容源运动的问题

尽管CCN架构是有效的为内容共享,一些问题可能需要支持移动内容源。即作为内容消费者不知道内容源运动,移动CCN需要一个更新的FIB向前进入兴趣包的当前位置移动内容源。需要多少时间更新所有内容的FIB入口路由器和导致太多的动态路由更新。所以,兴趣包时可能不是由于长延迟交付相关内容源的路线是改变。

重定向的基础方案[喜欢创业8,9)是利用重定向兴趣包和数据包之间的MCS的家域和路由器在移动领域的内容。然而,现有的基于重定向方案只考虑正常interest-data共享名称配置和确认过程,他们不关心所需的长延迟保证名字的独特性。在最新信息的物联网环境特别是非常重要,长交接延迟带来不必要的交付内容的请求,并为用户提供糟糕的经历。

3所示。新的预先分配重复名称检测机制

建议的机制的重点是使用预先分配前缀命名池提供快速和无缝的内容来源的流动性CCN环境中为了减少长交接延迟。

拟议的机制是基于重定向模型来处理内容源流动性,改变入射利息对MCS数据包从MCS的主内容路由器()内容路由器(CR)目前位于域。,假设CRs定期广播他们的信息在他们的服务范围内,以决定是否MCS发送“名称请求(NR)”消息配置一个新的临时名称前缀。通过预先配置路由器(暂定名称前缀的新内容),该方案减少了交接延迟由于新名称的配置和确认程序。因此,它提供了MCS的无缝交接和低网络资源消耗。

提出的预先分配重复名称前缀检测(pDND)机制开始当MCS发送NR消息请求的名称前缀。假设每个CR创建并管理一个独特的命名池。CRs随机生成全局可路由的名称前缀作为后台进程。生成一个新名称前缀,CR对其域内名称前缀执行DND区域。只有在成功DND CR保留名字前缀的命名池和认为保留名称前缀是一个唯一的名称前缀。后来,CR当收到NR消息发送“名称请求确认(NRA)”消息对MCS提供初步的独特性名称前缀命名池和初步分配名称前缀。同样,当收到全国步枪协会消息,中间CRs管理绑定表,记录之间的相关性MCS的前缀和试探性的前缀。所以,MCS的当前内容路由器()和中间内容路由器可以同时提供传入的数据包对MCS都感兴趣和它的服务范围。提出pDND机制使用命名池由3步骤。详细的操作程序如下。

步骤1(名称配置)。执行pDND机制,假设初始化数据信号强度或物理链路信息或网络域名包含网络节点的集合提供了MCS的无线访问点。通过接收到的信号强度的报告,MCS决定是否启动对NR的传播消息要求一个新的试探性的前缀。如果是即将进入另一个网络域,MCS要求新的内容路由器的名称前缀通过发送NR消息。新NR消息格式如图3。 指出目标位置名称前缀NR消息路由。包标识符,NR现场设计。CS前缀字段是用来跟踪MCS的前缀。最后,目前初步的前缀是指示MCS目前的初步之间的绑定名称前缀来标识当前试探性的前缀和新试探性的在中间CRs前缀。
内容路由器在新域()收到NR消息发送全国步枪协会消息对MCS的当前域保证初步从池命名名称前缀的独特性和分配新名称前缀。同时,中间内容路由器()接受全国步枪协会消息管理绑定表,记录了MCS的前缀和两个试探性的前缀(例如,目前初步前缀和新分配试探性的前缀)。因此,所有的兴趣包对MCS可以送到通过预先分配名称前缀路由信息。NRA包的消息格式如图4。
成功后名称配置过程,MCS不断检查的当前位置初始化数据的无线访问点。如果检测到运动到另一个域网络,MCS发送一个聚氨酯消息表明它的新位置。即PU消息包括暂定名称前缀以及MCS的签名来验证PU发起者。
这个名字的过程配置如图5。当MCS检测到运动时迫在眉睫,MCS向c.com发送NR消息接收一个新的试探性的前缀。内容路由器在c.com域接收NR消息发送消息向全国步枪协会b.com提供初步的唯一性的名字前缀命名池和分配新名称前缀。同时,b.com接受全国步枪协会信息管理绑定表,记录MCS家里前缀和两个试探性的前缀。因此,b.com b.com和c.com可以同时提供利益。因此,所有的兴趣包对MCS可以送到通过预先分配名称前缀路由信息。

步骤2(路径重定向)。CR接收PU消息比较它的名字前缀与聚氨酯的消息。在收到PU的消息时,检查名称前缀信息从收到PU的信息,然后查找其路由表条目。每个中间CR发送PU消息的方向基于其FIB参考如果其域前缀不同于聚氨酯的消息。否则,它不PU消息,然后发送一个PUA消息转发到MCS。当收到PU的消息,中间CRs识别域名前缀信息收到PU的信息并检查其路由表决定是否PU消息的域或不是。然后创建坑项前缀在PU消息。接收PU消息发送PUA消息表明前缀更新成功。当收到PUA消息,中间CRs再次查找路由表。如果有关坑条目存在相对应的名称前缀PUA收到消息,中间CR消耗坑条目并将PUA消息转发到下一跳。

步骤3(利益重定向)。之后,一个内容消费者请求内容由MCS生成的数据。利息数据包送到。重定向的兴趣包的查找路由表对MCS的领域目前所在地。换句话说,生成新的利益包封装收到数据包,然后发送数据包封装利益MCS的当前位置。之间的和移动域发送数据包封装利益根据FIB参考。在收到数据包封装的兴趣,MCS decapsulates它。MCS传输数据包的利益包。中间CRs decapsulate隧道头然后做内容与原名称前缀缓存请求的内容对象。因此,该方案可以保证本地化交通交付通过CCN的内容缓存。
图6显示该pDND操作的简化示例。这表明新名称前缀分配是通过配置过程新内容路由器名称,然后内容通过封装和decapsulating共享利益和数据包在外国领域和内容路由器(和)。

4所示。绩效评估

评估的性能提出pDND,一系列的模拟是通过离散事件模拟基于指定的数据网络(NDN)模块NS-3 [19,20.]。然而,随着当前NS-3 NDN模块不支持移动设备管理功能,tunnel-based流动性管理模型补充各种内容路由器(即组成。10 - 200内容路由器),每个内容路由器连接到无线路由器。内容消费者是随机选择的初始位置在考虑网络拓扑和MCS经常改变它的位置。也就是说,当一个MCS之间移动和,它使路由器之间的交接内容。模拟所得,MCS移动根据修改vehicle-to-vehicle (v2v)流动模型(21- - - - - -23),因为它让用户运动更快、更平稳,更现实的比其他模型。评估MCS的运动的影响,我们检查重新传输数据包,在MCS交货率,内容检索时间对不同网络规模与现有fDND机制。通过比较

图7显示的比较结果提出pDND fDND感兴趣的消息开销与不同的网络节点。利益意味着总开销包括原来的利益数和传送的报文的利益,这是表明网络资源消耗的浪费。网络拓扑结构的大小(即。,the number of content routers) increases, the efficiency of existing fDND degrades rapidly when compared to the proposed pDND. As fDND requires uniform second unit latency for duplicate name detection whenever a movement into another domain happens, it leads to high drop rate of interest packets during MCS handover. So, it causes large number of retransmitted interest packets. Moreover, as the number of network size increases, the delivery latency of interest packets is also increased, which results in the increase of interest retransmission as well as high network resource consumption. Meanwhile, the proposed pDND scheme does not require any latency for DND operation because it conducts the new name configuration and confirmation before a handover event happens. So, the proposed mechanism leads to shorter handover latency and lower transmission of interest packets including retransmitted interest packets.

兴趣包交货率提出了显示名称配置机制的效率在移动CCN环境如图8。感兴趣的交货率包的数量比利益收到的数据包MCS /总包(包括原始和转播的兴趣包)发送的所有内容的消费者。随着网络规模的增加,利息fDND交货率却降低了pDND相比。因为提议pDND机制使用预先分配的命名池初步架构名称前缀,它不产生任何的额外延迟DND操作,导致减少交付延迟以及减少下降率。然而,fDND假设统一的等待延迟所以它会导致高下降利率包。此外,随着网络节点数量的增加,兴趣包的成功率fDND变得更低。它会导致这一事实提出支持网络资源消耗低于fDND pDND机制。

图9显示了内容检索时间。显示速度是建议的机制是支持移动的移动内容来源。它显示了平均内容检索时间对各种网络的大小。内容检索时间意味着的总时间,直到一个内容消费者接收数据包。如图9,提出pDND变得稳定不考虑网络节点的数量,因为它需要低延迟移交使用预先分配名称前缀。另一方面,现有fDND方案需要任何第二单元DND操作时间。这将导致高降利率重新传输数据包在交接和大量的兴趣。它表明该pDND机制可以提供移动内容源的稳定的网络性能CCN环境无论网络的大小。

最后,显示了交货率表明有效的方案是如何支持移动内容源的类型。图10显示移动物联网环境的平均交货率对运动的移动内容源的频率。正常被定义为平均行人步行速度和车辆的平均行驶速度。如图10,现有fDND显示低交货率作为运动的频率很高。这是由于这样的事实:现有fDND机制需要一个统一的第二单元回归事件时发生。相反,提出pDND机制显示的性能差异无论频率移动。也就是说,该方案的影响只在回归事件的数量,因为它提前进行新的命名配置。

5。结论

本文显示了以下几点。首先,它表明这种可能性是否移动CCN方案可以考虑到高运动场景像移动物联网环境。其次,它表明,MCS频繁的网络变化的运动导致浪费网络资源消耗高、网络的性能下降和高控制开销CCN环境。第三,解决此类问题支持内容源的动作,方案和建议的机制是基于创业pDND机制。提出pDND机制利用预先分配名称前缀使用命名池架构提供无缝的MCS移动CCN的运动环境。它可以节省资源消耗的网络设备路由更新的范围只限制在家庭领域CR。同时,它可以节省网络资源消耗由于低利率的消息开销相比fDND机制。这个功能是基于重要CCN的移动物联网网络自不同移动内容源本身造成动态拓扑变化,高资源消耗、低聚合。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究受到了从祥明大学2015年的研究资助。

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