[发明专利]一种基于POF的边缘快速路由与缓存系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于POF的边缘快速路由与缓存系统及方法，包括：一个POF控制器和n个内容路由器；n个内容路由器组成位于用户和骨干网之间的边缘网络；按照边缘网络的拓扑建立编址坐标空间区域；利用坐标将内容分配到指定编址坐标空间区域；通过控制器下发流表实现内容路由器对内容网协议包(兴趣包和数据包)的快速路由和缓存操作。本发明提供了一种在边缘网络中快速路由与缓存内容的方法，并具有自组织、可拓展等特性。

技术领域

本发明属于未来网络技术领域，具体的说是一种由POF(协议无感知转发)技术支持的边缘快速路由与缓存系统及方法。

背景技术

近二十年，智能终端的广泛应用和移动通信系统的猛越发展，智能终端、无线流量、连接数呈万倍的速度激增，给人们生活方式、工作模式以及政治、经济等方面带来了深刻影响。为适应未来海量移动数据的爆炸式增长，加快新业务新应用的开发，第五代移动通信(fifth generation mobile communication network,5G)网络应运而生。5G网络是广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络，将满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求。5G与传统4G不同的是，后者主要应用场景是连续广域覆盖和热点高容量的场景，而5G新拓展的场景是主要面向物联网业务的低功耗大连接和低时延高可靠的场景，将重点解决传统移动通信无法很好地支持物联网及垂直行业应用的问题。

为了解决出现的新挑战，目前主要提出的技术有信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)内置缓存技术和协议无感知转发(Protocol-ObliviousForwarding，POF)技术等。其中ICN内置缓存技术在降低用户内容获取时延、均衡整网业务流量、减小链路失效和节点移动对内容分发的影响，提升内容分发效率和网络能量效率的方面有显著作用；而POF技术自身的无协议的概念使POF网络设备支持上层的任意自定义协议，特别是可以支持网络层的非IP协议，突破了未来网络发展的瓶颈，使得交换机可以在不关心协议的情况下完成数据的处理，大大加快了内容交换的速度。

已经在国际上首次基于POF交换机实现了不依赖于IP的网络层内容路由，并结合基于Floodlight开源控制器开发的POF控制器和基于POF软交换机开发的内容路由器构建了具有管控能力的未来内容网络原型系统。通过使用通用指令集来实现协议无关转发的设计使得交换机拥有完全的可编程能力。

同为新兴的技术还有内容可寻址网络(Content Addressable Network，CAN)。在2001年ACM SIGCOMM会议上，Ratnasamy et al发表论文，正式提出了CAN网络，CAN网络作为简单、容错的多维空间P2P网络，采用多维空间拓扑结构，简单直观。CAN空间被动态分配给其网络结点，每个结点负责一块，每个数据对象被映射到一个点，由负责该点所在区域的结点保持索引，当有新节点加入时，从其加入区域中划分一半进行接管，从而具有了高容错性，高效性和可拓展性。

针对5G背景下物联网对网络传输性能的新需求，ICN实现内容与位置的去耦合，SDN将数据平面与控制平面解耦合，提供了灵活的网络可编程能力，使得ICN架构在真实网络中的实现成为可能，然而，已有的SDN与ICN融合架构，如Salsano等人提出的基于SDN的CONET架构，SuyongEum等人提出的OF-ICN等，都由控制器对全局路由进行规划，存在负载过高和性能瓶颈问题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术存在的不足，提供出一种基于POF技术的边缘快速路由与缓存系统及方法，在边缘网络中，利用坐标将内容分配到指定编址坐标空间区域，实现基于内容名称的快速自组织路由与内容缓存。本发明面向5G应用场景，可以有效减轻骨干网负载，降低请求响应延迟，并具有高度自组织性，可拓展性和容错性，并为未来网络提供了新的系统实现方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：