[发明专利]一种应用ELM预测的命名数据网络移动性切换方法

摘要

本发明提出一种应用ELM预测的命名数据网络移动性切换方法，通过引入ELM极限学习机预测算法对生产者的移动位置进行预测，并通过预配置网络，在生产者发生切换时，消费者仍可以享受无缝的内容传输服务。方法中重构了网络架构中原有的转发表，设计了控制包，从而实现对网络的预配置，设定了路由器针对不同类型控制包的响应方式，并根据预测结果的成功与否对网络的预配置进行保存或恢复，本方法使得生产者的移动切换面向消费者透明。通过引入预测过程，本方法区别于已有移动性切换方法的事后调整策略，网络设备预配置在切换前与内容传输同步进行，以低带宽代价提升内容向用户的响应速度，降低因移动性切换带来内容响应的额外时延。

主权项

1.一种应用ELM预测的命名数据网络移动性切换方法，其特征在于：该切换方法包括以下步骤：应用ELM算法根据生产者终端的历史位置信息预测该生产者终端在下一时刻的位置；若根据预测结果确定该生产者终端将发生切换，则利用控制包对网络中路由器的FIB进行预配置，通过预配置在保留现有内容转发路径L_N的基础上建立与预测得到的生产者终端的位置对应的内容转发路径L_N+1，并在下一时刻到达前保持内容转发路径L_N和L_N+1同时进行兴趣包转发；若预测结果正确，则对预配置进行保存，通过保存将内容转发路径由L_N切换至L_N+1，若预测结果错误，则对预配置进行恢复，通过恢复将内容转发路径由L_N+1切换至L_N；所述切换方法具体包括以下步骤：1)原接入点路由器使用ELM算法，预测生产者终端下一时刻的位置；原接入点路由器预测到生产者终端将切换至新接入点，产生预修改包并经由核心路由器向新接入点路由器转发，通过预修改包对预修改包转发路径上的各个路由器的FIB进行预修改，使得兴趣包可以同时向原接入点路由器和新接入点路由器转发，实现预配置；其中，原接入点路由器是生产者终端在当前时刻接入的边缘路由器，新接入点路由器是生产者终端在新接入点接入的边缘路由器；2)若生产者终端在所述下一时刻发生移动并与所述新接入点路由器取得连接，则由所述新接入点路由器产生修改确认包，并按照与预修改包转发路径相反的路径经由核心路由器发往原接入点路由器，通过修改确认包将由所述核心路由器至原接入点路由器的转发路径从对应路由器的FIB中删除，并将由所述核心路由器至新接入点路由器的转发路径存入对应路由器的FIB，使得兴趣包被转发到所述新接入点路由器处；3)若生产者终端在所述下一时刻未发生移动，仍连接在所述原接入点路由器上，则由原接入点路由器产生修改取消包，并按照预修改包转发路径转发，通过修改取消包使得该路径上的各个路由器取消预修改的操作，网络配置恢复到预配置之前，兴趣包仍被转发到所述原接入点路由器处；所述步骤1)具体包括以下步骤：1.1)边缘路由器根据生产者终端历史位置信息，使用ELM算法，预测该生产者终端下一时刻的位置；1.2)边缘路由器预测到该生产者终端将发生切换时，产生预修改包Pre_modify，并向核心路由器转发，预修改包Pre_modify中包含该生产者终端所提供内容的前缀，并且标志位置0；1.3)原接入点路由器和核心路由器间的中间路由器在FIB中查找预修改包Pre_modify中的内容前缀对应的表项，将预修改包的到来端口号由Face_list表项移至Pre_face表项中；1.4)核心路由器在FIB中查找预修改包Pre_modify中的内容前缀对应的表项，将预修改包的到来端口号由Face_list表项移至Pre_face表项，并在Pre_face表项中添加朝新接入点路由器转发的端口号；核心路由器将预修改包Pre_modify的标志位置1后继续向新接入点路由器转发；1.5)核心路由器和新接入点路由器之间的中间路由器在FIB表中查找预修改包Pre_modify中的内容前缀对应的表项，在Pre_face表项中添加朝新接入点路由器转发的端口号；1.6)新接入点路由器收到预修改包Pre_modify后，按原路径返回转发成功的信号，预修改过程完成，兴趣包按照Face_list表项和Pre_face表项中的端口号同时进行转发；所述步骤2)具体包括以下步骤：若所述生产者终端与新接入点路由器取得连接，则预测成功，进行步骤2.1)至2.5)：2.1)新接入点路由器产生修改确认包Modify_confirm，将包中标志位置1，并向原接入点路由器转发；2.2)核心路由器和新接入点路由器之间的中间路由器收到修改确认包Modify_confirm后，将Pre_face表项中的端口号移至Face_list表项；2.3)核心路由器收到修改确认包Modify_confirm后，将该包的到来端口号由Pre_face表项中移至Face_list表项，删除Pre_face表项中的其余端口号，并将修改确认包Modify_confirm的标志位置0；2.4)原接入点路由器和核心路由器间的中间路由器收到修改确认包Modify_confirm后，删除Pre_face表项中的端口号；2.5)原接入点路由器收到修改确认包Modify_confirm后，返回转发成功的信号，修改确认过程完成；兴趣包根据修改后的相应路由器FIB表中的Face_list表项被路由到生产者终端现在的位置；所述步骤3)具体包括以下步骤：若所述生产者终端未发生移动，仍连接在原接入点路由器上，则预测失败，进行步骤3.1)至3.5)：3.1)原接入点路由器产生修改取消包Modify_cancel，将包中标志位置1，并向新接入点路由器转发；3.2)原接入点路由器和核心路由器间的中间路由器收到修改取消包Modify_cancel后，将Pre_face表项中的端口号移至Face_list表项中；3.3)核心路由器收到修改取消包Modify_cancel后，将该包的到来端口号由Pre_face表项中移至Face_list表项中，删除Pre_face表项中其余端口号，并将修改取消包Modify_cancel的标志位置0；3.4)核心路由器和新接入点路由器之间的中间路由器收到修改取消包Modify_cancel后，删除Pre_face表项中的端口号；3.5)新接入点路由器收到修改取消包Modify_cancel，返回转发成功的信号，完成修改取消过程；兴趣包按照相应路由器FIB中Face_list表项被路由到生产者终端原位置；在所述命名数据网络的FIB中增加预修改端口表项Pre_face，预修改端口表项用于响应终端的切换预测结果对相应路由器的FIB表进行临时修改，并区别于原有转发端口表项；预修改端口作为临时转发端口，在未来会根据预测结果的正确与否被保存下来或者被取消；所述控制包基于实现面向移动性切换的网络配置进行设计，包括预修改包Pre_modify、修改确认包Modify_confirm和修改取消包Modify_cancel；预修改包中至少包含内容前缀、标志位和定位器三个字段，修改确认包和修改取消包至少包含内容前缀和标志位两个字段；所述预修改包用于预配置路由器，修改确认包用于预测成功时保存预配置，修改取消包用于预测失败时撤销预配置操作；预修改包中的定位器字段用于定位核心路由器，该核心路由器与原接入点路由器和预测的切换后接入点路由器相连；路由器根据标志位字段取值确定对预修改端口的移动或增删。