Anchor-Less生产商流动性管理数据网络实时多媒体而得名的

文摘

以信息为中心的网络(ICN)是一种有前途的解决方案,满足基于ip网络的挑战。ICN转变以数据为中心的模型的基于ip的访问模型。命名数据网络" (NDN)心肌间质胶原网络结构是一个灵活的体系结构,基于内容分发考虑数据为核心的实体,而不是基于ip主机。用户移动内容等实时多媒体通信的网络电话是非常常见的这些天,在质量和数量都在增加。NDN的制片人流动的具有挑战性的问题之一是支持不间断实时多媒体通信和提倡这种观点的团体NDN的采用需要解决未来互联网体系结构。我们断言,未来移动节点的位置预测可以帮助设计高效anchor-less移动性管理技术。在本文中,我们展示了位置预测技术可以用来提供一个anchor-less移动性管理方案,以确保无缝交接的生产商在实时多媒体通信。结果表明,低水平的位置预测的准确性,我们建议的方法仍然深刻地减少了总交接延迟和往返时间不创建的网络开销。

1。介绍

移动设备转变为多媒体电脑由于大量的移动应用程序和多样化的特征,如相机、消息传递、在线内容共享,在线手机游戏。这些智能移动设备的特点和实时创建和分享内容的人类需求使得移动设备玩的角色内容提供者和内容使用者在同一时间。指数增长的数据生产和传播的需要成为一个麻烦的问题在当前的网络体系结构。现有的互联网模式不是建立应对这种日益增长的生产和传播的数据。此外,许多试图抵御这个问题,导致点对点(P2P)覆盖在IP网络和内容分发网络(CDN) (1]。这些尝试仍然非常虚弱,确保顺利网络操作。根据思科预测视觉网络指数(VNI) [2),每年全球流量将增加到3.3 ZB,或者到2021年每月278艾字节,从而提高更多的争端的当前状态实践网络体系结构和协议。

近年来许多提案已经见证了一个可伸缩的、可靠的未来互联网体系结构(3- - - - - -6]。在这些建议中,以信息为中心的网络(ICN)已经得到了太多的关注。ICN是一个面向数据的网络,从网络上获取的信息命名数据,不是结束。数据对象是独立的位置与传统网络的IP地址。这部小说网络架构解决当前面临的挑战互联网体系结构包括可伸缩性、寻址、名称解析,安全、隐私、路由和流动性。在ICN方法,命名数据网络(NDN) [7)是一个非常活跃、敏捷和进取。NDN操作是基于兴趣/数据包,在消费者(数据请求者)发送一个兴趣包包含所需数据的名称。NDN转发信息库(FIB)帮助前锋感兴趣的兴趣包的数据命名包和检索一个或多个数据包中的数据。NDN更快的数据访问网内也使用缓存;因此可以从生产商或检索数据的缓存NDN路由器在网络。许多NDN的研究挑战包括命名,名称解析、路由、大规模数据安全,流动性需要解决NDN赢得比赛的未来互联网体系结构。移动设备和数据的数量随着时间的推移他们生成的已大幅增加(8,9]。流动性管理是越来越突出,因为设备的迅速转变为智能设备,创造和分享内容。因此,设备移动性管理需要研究团体的关注。由于NDN的设计原则,本地消费者流动性支持NDN作为消费者的物理位置的变化不会影响NDN数据平面。不需要信号从网络到治愈从消费者流动性但只有消费者的利益重传的数据尚未收到工作良好。处理生产商摩托罗拉移动,这是一项具挑战性的工作,需要更新网络数据飞机成功地从故障中恢复由于生产者流动性。

几个生产商ICN移动性管理方案已经提出了实时服务。然而,仍有空间设计复杂的算法来处理生产商有效地流动。工作(10,11,12)反应方法对流动性管理的数据包重定向交接完成后,从生产者接收到通知。这些方法受到路径拉伸问题在移动IP IP网络移动性管理。此外,这些被动而不是主动的方法遇到更多的内容检索延迟的方法。重定向的数据包向新位置的概念被首次引入传统的IP网络(移动IP (13支持移动])。然而,在移动IP,所有的包都被老访问重定向指向新的位置,直到通信会话结束,造成整个会话路径拉伸问题。使用的技术(14,15)使用积极的缓存方法尽可能减少交接期间的利息重新传输。该方案在14]假定请求模式是已知的和未来要求内容积极推动网络缓存之前,交接期间满足利益交接。然而,机制(15)推动网络缓存的内容基于内容的声望。然而,这些方法不能应用于实时通信,实时内容是在哪里生产的利益收到数据包后。主动缓存技术假设数据已经现存和推到网络缓存接收感兴趣的数据之前,在实时通信,情况就不一样了。实时数据生成的数据和请求后立即交付。数据生成的网络电话、消息传递和网络游戏的实时数据,和上面的主动缓存移动性管理技术不支持这些应用程序,占大量的网络流量。

解决与上述技术相关的问题,即。,path stretch and long delay due to reactive approaches and lack of support for real-time communication in proactive caching approaches, we, in this article, propose a proactive mechanism that is the first attempt to exploit location prediction techniques for anchor-less producer mobility management in order to ensure seamless handover of the producer during real-time multimedia communication. The proposed methodology is based on the prediction of the future location of a moving producer and proactively redirecting the Interests to the new access point (nAP) before the handover completes. The proposed methodology is the first to exploit location prediction techniques in NDN for mobility management. Our scheme reduces both the handover latency and the round trip time without causing network overhead. The mechanism also does not suffer from the path stretch problem. Moreover, it does not assume that the data are already extant; instead, the data are generated in real-time and forwarded after the Interest packets are intelligently delivered to the producer after the handover.

剩下的论文结构如下:在部分2短暂,我们提供了一个洞察NDN流动性和相关工作。节3,我们将描述该位置prediction-based流动性管理方法的细节。我们提供的详细讨论结果和比较两个遗产计划部分4。最后,我们总结论文部分5并提出未来的工作。

2。洞察NDN流动

在本节中,我们概述NDN的操作方面,提供流动性的问题,和现在的一些相关工作在NDN移动性管理。

2.1。流动性在NDN

NDN提供了一个新的通信模式,围绕内容/数据。检索到的数据通过数据名称而不是机器的IP地址,主机数据。一旦数据被转发到网络,他们在网络路由器缓存(网络缓存),以满足未来请求相同的数据用小延迟。这网络缓存导致更快的服务访问和抗堵塞。两个数据结构被NDN路由器用来援助数据包转发,即。转发信息库(FIB)和等待利益表(坑)。FIB填充通过路由协议和不同的转发策略,并用于转发数据包的数据感兴趣。坑保持的记录利益收到数据包的接口和数据名称要求这些利益。坑确保数据包遵循兴趣包的反向路径。第三个数据结构称为内容库(CS)在路由器缓存数据用于满足未来的利益。在接收感兴趣的路由器如果被请求的数据可用的路由器缓存,他们将满足利益没有转发到下一跳基于无伤大雅的谎言。 The Interest packet is forwarded to the next hop based on FIB entry if the data are not available in router cache. Before forwarding the Interest packets, its incoming interface and data name is stored in the PIT for data forwarding. When a Data packet is received at a router, it will be forwarded to the interface in the PIT entry against this data name. The data will be dropped if there is no entry against this data name in the PIT. The operation in the NDN router is explained in Figure1。

未来网络技术的移动是一个重要的特性。NDN支持流动性,减少流动性支持基于ip网络的复杂性。流动的两种类型,即。,consumer mobility and producer mobility. NDN naturally supports consumer mobility by Interest retransmission and in-network caching. If a consumer after requesting data moves to another network, the response will be delivered to the router in the previous location, which will be cached there. Consumer at the new network will retransmit the Interest for the same data. In which case, the intermediate routers will immediately respond to the Interest. In case the data are not available at any of the network caches, the Interest will hit the data producer again, and the data will be retrieved with a longer delay. Unlike consumer mobility, producer mobility is a complicated problem. This type of mobility highly affects communication. If a producer moves to another network, the Interests will not be delivered to it unless network converges. This type of mobility cannot be tackled with Interest retransmission, as the new name prefix of the producer will not be known to any NDN router unless network converges. The communication session halts for at least the sum of handover time and the network reconvergence time as shown in Figure2。数据包被丢弃在生产者利益的旧的附件(养老金)(在图2),重新开始交付生产者在路由更新期届满后的新位置和整个网络收敛(在图2)。处理这种移动性管理问题,提出了一些技术,以确保生产商在实时流的无缝交接。移动性管理算法的设计是为了保证无缝交接从一个接入点(养老金)新老访问点(午睡),应该有以下特点:(我)所需的时间转移的路线从最低养老金应该午睡。换句话说,交接延迟应该是最不可能的(2)利息和内容时间也应在交接期间损失最小

2.2。相关工作

NDN依赖兴趣重新传输愈合从网络中断由于流动性。然而,兴趣重新传输并不是一个可伸缩的方法当有大量的流动性事件;端到端延迟也在这种方法中由于流动性非常高。因此,到目前为止提出了一些技术提供更健壮和高效的移动性管理方案。文学中的方案可以分为三个类别:rendezvous-based计划更像是DNS系统在当前基于ip的网络,一个消费者向一个特定的节点称为会合服务器发送一个查询找到生产商在发送之前的位置感兴趣。会合服务器跟踪网络中所有节点的位置。这些技术很容易实现,但缺点是他们造成额外的开销保持移动节点的位置信息。rendezvous-based方案需要名字影响NDN的早期绑定数据命名。Anchor-based方法使用锚节点重定向生产者的利益在新位置。锚节点应该总是保持通知生产商的运动。 These schemes possess a single relay point (single point of failure) and suffer from the path stretch problem. Performance evaluation of anchor and anchor-less approaches are given in detail in [10]。anchor-less方法没有指定节点处理流动性。这种方法很难实现,但计划后,这种方法是非常有效的性能代价。计划(16,17)anchor-based移动性管理方案。提出的方案在10,11]anchor-less移动性管理方案,罹患遗传问题相应的方法。提出的方法在这个工作是基于预测未来的移动节点的位置。这些位置预测技术可以利用提供anchor-less流动性管理,高度降低了交接延迟和往返时间甚至预测精度较低。

3所示。定位Prediction-Based流动性管理

制片人流动导致退化在实时流媒体的服务质量。服务中断当制片人,范围从电台的养老金和连接到另一个接入点(午睡)。利息数据包被丢弃在养老金作为生产者的新层次名称不是网络信息的更新。通信会话暂停,直到路由更新周期到期和整个网络收敛这个新厂名信息,如图2。NDN的利益使用FIB数据包转发条目被填充的路由协议,而数据包遵循兴趣包存储在坑的痕迹到达消费者。因此,生产者不能交付数据包的持续流从它的新位置正确的交接完成后,除非它收到一个兴趣包在新位置使用它的新层次名称前缀。这大大最大化交接延迟,因此往返时间(RTT)。

3.1。预赛

我们使用两种类型的兴趣包来有效地实现移动性管理方案。兴趣类型如下:(我)INTEREST_PU:兴趣路径更新消息发送由移动节点(生产者)对其流动性和美联社通知其可能的交接。数据包的格式如图3(一个)。(2)INTEREST_RED:利益重定向是一个类型的利益是转发到生产者在交接后的新位置。数据包的格式如图3 (b)。

INTEREST_RED包变更内容的名字从…/养老金/小睡ale1…/ / ale1(因为养老金预测午睡)和基于FIB的转发条目对应于这个新名字。当一个INTEREST_RED收到数据包在NDN路由器(例如,Rtr-2图4),它也更新的名字和脸在以前记录的坑条目内容向消费者交付。这也是一个非常节俭的方式使用INTEREST_PU对流动性事件消息通知养老金。

3.2。算法细节

移动性管理可以控制在网络或移动节点。然而,一个更简单和有效的方法是利用两个开发更高效的移动性管理技术。拟议的方法管理流动性使用合作网络和移动节点(生产商)。位置预测方案来采取行动时,接收到的信号强度(RSS)低于阈值(77 th =−dBm)。RSS低于th,生产者的未来位置计算由生产者本身使用获得的运动的速度和方向的传感器。生产者发送其新位置的养老金INTEREST_PU消息,如图4(步骤3)。INTEREST_PU消息包含了X和Y生产商的未来的坐标位置。图中给出了这样的伪代码5。我们给出了预测模型的细节在以下小节。

3.2.1之上。预测和新的美联社选择位置

午睡的选择是非常重要的,这个方案的重要组成部分。有许多可能的方法选择打盹;然而,我们使用的相对距离生产商从接入点的预测未来的位置。生产者的相对距离APs用于这项工作,因为在我们的模拟中,所有APs和移动节点使用相同的传输和接收功率。此外,我们使用了空间传播模型没有路径损失,而且它假定一个明显的视距路径从发射机到接收机。在这样设置,相对距离是公平的方法是选择正确的概率,增加新的美联社。接到INTEREST_PU消息从生产者,养老金发现午睡使用欧几里德距离公式作为解释在图的伪代码6。在这里,我们假设固定路由器和接入点都知道彼此的地理位置。寻找生产商之间的距离和小睡在未来一段时间( ),养老金应该知道生产者的新位置 。有许多方法来预测未来一个移动节点的位置(18,19,20.)与不同的预测精度从45%到90%不等。我们的预测模型使用在本文简单预测位置一次( ),生产者发现运动的速度和方向,并计算其未来位置坐标( )。生产者发送新的预测坐标养老金INTEREST_PU消息。现代移动设备有很多先进的硬件和软件传感器加速度计、陀螺仪、数字罗盘,GPS和速度计。这些传感器可以很容易地计算运动的速度和方向的移动设备(生产商)。生产者不断检查RSS后开始运动。后变得不可靠的连接信号强度下降比一个预定义的阈值(这里是th =−77 dBm)和节点开始寻找可靠的信号从其他APs交接。在交接之前,生产者得到的速度和方向传感器在未来特定的时间,并计算其坐标和发送他们在一个INTEREST_PU消息养老金。新速度是由一个特定的时间 在哪里旧的速度从生产者获得设备的传感器和后的变化速度时间(t),=− ,这是均匀分布在−3 3公里/小时。是指定的最大速度(在我们的模拟30公里/小时)的移动节点。之间的均匀分布概率是[0,1],然后呢阈值的概率是(生产商的概率= 0.5),这决定了运动。运动的方向也均匀分布,给出了 在哪里是新的方向又一次(t),是旧的方向。是方向和均匀分布的变化 。制作人和美联社之间的欧几里得距离是一种有效的方法来选择新的接入点在我们的模拟。因为我们已经考虑了空间传播模型和相同的传输和接收功率在所有节点,然而在现实的场景中动态路径损失,还可以考虑其他参数来提高精度。预测精度可以进一步提高利用机器学习技术来处理历史数据的迁移和预测可能的交接。预测的性能也可以增强通过考虑不同的接收信号强度等参数的预测决定从每个接入点(AP)可用频道的数量和每个AP。考虑到其他参数可以提高午睡的选择在网络开销成本将由路由更新(分享RSS和渠道信息)之间的潜在的未来新接入点(例如,nAP1 nAP2图7)和养老金,如图7。随后,预测生产者的小睡,养老金不断检查生产的可达性。交付给生产者的利益,只要它是可获得的,和生产者满足每个利益所需的内容。养老金重定向的数据包时小睡生产商变得不可到达的(步骤4图4)。每个等待的养老金还存储一份兴趣小重定向后,在情况下,午睡预测出错。在这里设置多一点的RTT仿真,以确保所需的时间小睡通知移交后的养老金。交接后,如果午睡不接收感兴趣的包,它将通知新的养老金通过广播的前缀。如果养老金没有收到任何通知从小睡,它会认为午睡是正确预测和兴趣包已经成功被重定向到它,或者它将假设生产者完全断开。在这两种情况下,存储时间后兴趣包将被删除 。午睡的伪代码选择和重定向的利益对给定的图6。午睡是预期的生产者连接成功交接后在2层。设置层2交接延迟( )100毫秒。层2交接延迟是由一个节点的时间分离自己从一个美联社(例如,养老金在图7)和建立连接与另一个美联社(例如,nAP1图7)。

3.2.2。兴趣重定向小睡

重定向的利益是转发数据包类型称为INTEREST_RED在一个单独的兴趣。INTEREST_RED数据包内容层次变化的名字从…/养老金/小睡ale1…/ / ale1(因为养老金预测午睡)和基于FIB的转发条目对应于这个新名字。中间NDN路由器在接收到重定向兴趣更新以前的坑条目名称前缀也通知FIB的变化即将到来的利益。中间路由器然后向前INTEREST_RED数据包根据最长前缀匹配基于FIB午睡。INTEREST_RED数据包到达午睡后缓冲一段时间然后交接完成后立即转发给生产者,和它连接建立的小睡。如果午睡预测出错,生产者在新位置不接收数据包,它通过广播发布新名称的前缀。的养老金在收到这个新名称前缀假设午睡是正确预测错误和远期利益的新位置生产商根据最长前缀匹配基于无伤大雅的谎言。在这种方法中,prehandover利益转发午睡高度降低了交接延迟和整体RTT从消费者向生产者。生产者的利益包路径之前交接(图4)。数据包遵循兴趣包的反向路径。兴趣包的路径在运输之前更新中间路由器交接后的小谎 。数据包路径后总是会回归 。计划不遭受路径拉伸问题。只有兴趣数据包发送之前转发重定向利益遭受路径拉伸。

4所示。结果与讨论

我们模拟了以下fat-tree回程网络就像一个真正的ISP拓扑如图8使用NS-2模拟器。该场景由两个固定4手机生产商和消费者,其中每个消费者不断发送数据请求的两个生产商整个仿真时间。我们有重复模拟100次,结果是许多运行平均值。制片人随机移动,交接可以发生任何相邻的单元格。我们有16个细胞完整的无线覆盖(WiFi 802.11 n),生产者和消费者在哪里位于不同的细胞。的2 d视图细胞和节点的初始位置在图中所示。在拟议中的位置prediction-based移动性管理方法、节点的发现午睡之前预计未来预期位置。养老金不下降的利益在交接时间。相反,养老金立即远期利益午睡。这里RTT / 2 ( )(延迟经历了从养老金INTEREST_RED午睡)是完全消除重叠层2交接延迟的图中描述9。

很明显,在发送的数据包交接延迟时间后立即交付给生产商 。兴趣包不等待任何通知后从生产者或网络交接。下面的方程给出了总交接延迟这个方案: 在哪里α非常小,覆盖了从小睡和生产者利益的传播时间后交接和延迟在预测实际交接事件。是总交接延迟和层2交接延迟。这个方程是最佳的在网络层移动性管理,因为它消除了交接延迟在网络层。交接延迟我们在模拟109 ms获得位置prediction-based方法在准确预测区域洪水和150年相比134 ms ms兴趣转发(12)如图10 ()和10 (b),分别。更好的性能是由于利益数据包转发到新位置(午睡)交接前完成午睡已经预测。转发方案,生产者在小睡之后,它发送一个更新消息给养老金,和养老金然后重定向下面的利益向生产者在新位置,导致的额外延迟RTT如表所示1。在区域洪水方案中,APs分为区。消费者开始多播中的所有APs感兴趣区交接后发生。造成的额外延迟RTT / 2发送交接通知由生产者向消费者。美联社的生产商与回复内容,而其余APs忽略接收多播。

我们还发现消费者和生产者之间的总RTT。总RTT发送的数据包经历完全交接的时候( )在基于位置预测的方案由下面的方程,给出由峰值在图所示11。RTT定义为所花费的总时间发送一个兴趣包和接收相应的数据包: 在哪里是消费者和生产者之间的平均往返时间之前交接。RTT交接期间高度降低 ,和RTT兴趣转发方案 ,而在区域洪水、RTT ,几乎类似于我们的计划。然而,欧元区洪水计划创建一个非常高的网络开销,因为它是基于利益的多个副本发送给所有APs区。因此区域洪水方案不是可伸缩。相反,位置prediction-based计划创建网络开销。RTT由于利息转发路径拉伸方案如图11,而位置prediction-based计划不会受到路径拉伸问题。

数据12(一个)和12 (b)显示平均交接延迟在不同方案与不同比例的预测的准确性。由于预测不能100%正确,图12(一个)表明,预测精度很低的50%,基于位置预测方法大大降低了平均交接延迟,但保持优秀的内容兴趣比例如图12 (b)。RTT和交接延迟区域洪水非常小,但其内容的兴趣比也很小,因为它多播自然,并且不能被视为最好的解决方案。此外,我们建议的方法可以大大减少平均交接延迟、RTT和维护一个杰出的内容兴趣比仿真结果明显。相反,利益有好的内容转发方案比,但它有大的RTT,交接延迟和患有路径拉伸。

5。结论和未来的工作

NDN的制片人迁移是一个艰苦的实时流期间和具有挑战性的任务。交接延迟构成了延迟造成的分裂和重新组合的移动节点养老金和小睡,分别为(延迟),延迟引起的网络收敛时间。在这项工作中,我们利用位置预测生产流动性管理显示其对设计的影响这样的移动性管理技术。仿真结果表明,使用位置预测移动性管理技术可以显著降低总交接延迟约等于2层交接延迟通过消除延迟引起的网络收敛。与预测精度为50%,最小的方法往往表现得更好,显示了生产者使用位置预测的好处移动性管理。它也降低了端到端RTT没有创建任何的网络开销。移动性管理方法的结果可能为基础知识的设计复杂的位置预测为移动性管理技术。未来的工作,我们计划设计一个有效位置预测技术并将其运用在我们提出的NDN移动性管理方法。

数据可用性

没有数据被用来支持这项工作。此外,仿真代码可以从作者要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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