命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)多維命名機(jī)制研究

郭瑞彬

（ 北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044）

近年來，世界各國(guó)積極開展針對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)缺陷的研究，取得許多具有影響力的研究成果，正式提出一些全新的、用于替代TCP/IP體系的未來互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（NDN，Named Data Networking）[1]就是其中的重要代表。有別于TCP/IP體系端到端的通信機(jī)制，NDN將內(nèi)容與終端分離，實(shí)現(xiàn)了以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)體系與通信機(jī)制。也正是這一特點(diǎn)，使得NDN在支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面具有了先天優(yōu)勢(shì)。

目前，學(xué)術(shù)界已經(jīng)就如何將NDN架構(gòu)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了廣泛的研究，應(yīng)用領(lǐng)域包括車聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)等。然而，NDN在設(shè)計(jì)之初的一些特點(diǎn)對(duì)其在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用形成了阻礙。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)常以時(shí)間和空間作為數(shù)據(jù)的表征，因此，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)天然具有時(shí)間空間等多維度特征。與之相應(yīng)，用戶（人或設(shè)備）在請(qǐng)求自己所感興趣的內(nèi)容時(shí)，通常也會(huì)以多個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行描述。但是，NDN架構(gòu)在設(shè)計(jì)之初采用了類似統(tǒng)一資源定位符（URL）的分級(jí)可讀一維命名規(guī)則，缺少應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)多維數(shù)據(jù)特征的能力，無法對(duì)來自上層應(yīng)用的多維請(qǐng)求進(jìn)行高效適配，也難以在網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行高效的內(nèi)容匹配。

鑒于以上情況，學(xué)術(shù)界提出了在NDN的網(wǎng)絡(luò)層面和應(yīng)用層面添加一個(gè)中間件層面，在不改變NDN一維命名規(guī)則的前提下為NDN增加多維數(shù)據(jù)支持能力。本文基于這一思想，采用已提出的中間件架構(gòu)，以車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景為例，詳細(xì)闡述中間件層面支持多維請(qǐng)求的工作原理，驗(yàn)證并進(jìn)一步完善對(duì)原始數(shù)據(jù)名稱的翻譯和優(yōu)化算法。另外，本文將提供數(shù)據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)比經(jīng)過優(yōu)化算法處理前后，網(wǎng)絡(luò)中獲取相同數(shù)據(jù)量的內(nèi)容時(shí)所需傳遞的興趣包數(shù)量，驗(yàn)證算法的性能。

1 NDN與中間件簡(jiǎn)介

1.1 NDN

NDN關(guān)心內(nèi)容本身而非內(nèi)容的位置。作為對(duì)IP體系結(jié)構(gòu)的重大革新，NDN仍保留了細(xì)腰角色。圖1展示了兩種架構(gòu)的重要區(qū)別。在NDN架構(gòu)中，細(xì)腰結(jié)構(gòu)的核心不再是IP地址，而是內(nèi)容模塊。

圖1 IP架構(gòu)與NDN架構(gòu)對(duì)比

NDN通信過程由兩種類型的數(shù)據(jù)包驅(qū)動(dòng)：興趣包（Interest Packet）和數(shù)據(jù)包（Data Packet），通信實(shí)體可以分為3種：消費(fèi)者（Consumer）、生產(chǎn)者（Producer）和中繼器（Router）。

通信時(shí)，消費(fèi)者通過向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送興趣包請(qǐng)求數(shù)據(jù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)緩存了滿足消費(fèi)者興趣的內(nèi)容時(shí)，該節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)包將數(shù)據(jù)通過中繼器（通常是路由器）傳遞給消費(fèi)者。此時(shí)，該節(jié)點(diǎn)被稱為生產(chǎn)者。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包和興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)功能，NDN路由器上維護(hù)著3種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：待處理興趣表（PIT，Pending Interest Table），轉(zhuǎn)發(fā)信息表（FIB，F(xiàn)orwarding Information Base）和內(nèi)容緩存（CS，Content Store）。PIT存儲(chǔ)了路由器已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)但還未被滿足的興趣包，以及該興趣包的進(jìn)接口和出接口。FIB用于記錄路由信息，CS在一定時(shí)間內(nèi)緩存經(jīng)過該路由器的數(shù)據(jù)包，成為新的內(nèi)容生產(chǎn)者。

1.2 中間件結(jié)構(gòu)與功能

1.2.1 中間件結(jié)構(gòu)

中間件層面位于網(wǎng)絡(luò)層面和應(yīng)用層面之間。設(shè)置中間件的目的是提高NDN對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多維數(shù)據(jù)名稱請(qǐng)求的支持能力。如圖2所示，中間件層面有兩種外部接口：面向用戶的北向接口和面向網(wǎng)絡(luò)層的南向接口。為了與NDN的一維命名規(guī)則兼容，南向接口采用標(biāo)準(zhǔn)的NDN消息格式；北向接口則盡量支持多種維度、多種粒度的名稱請(qǐng)求。在北向接口方向，采用多個(gè)獨(dú)立組件對(duì)不同維度的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用請(qǐng)求分別處理，每個(gè)組件均可獨(dú)立進(jìn)行該維度的數(shù)據(jù)名稱翻譯和優(yōu)化聚合工作。

1.2.2 中間件結(jié)構(gòu)功能

中間件結(jié)構(gòu)的主要功能是提供由多維到一維的興趣請(qǐng)求翻譯和優(yōu)化服務(wù)。

（1）基本翻譯。當(dāng)接收到來自應(yīng)用層的內(nèi)容請(qǐng)求后，北向接口按照標(biāo)準(zhǔn)的一維命名格式，根據(jù)語義對(duì)多維的請(qǐng)求進(jìn)行語法轉(zhuǎn)換，使之成為符合命名規(guī)范的原始數(shù)據(jù)請(qǐng)求。這一步被稱為名稱的基本翻譯。考慮到用戶一次對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求量可能較大，如果直接使用原始數(shù)據(jù)請(qǐng)求作為興趣包，網(wǎng)絡(luò)的傳輸負(fù)擔(dān)將過重，因此，還需要進(jìn)行名稱的優(yōu)化聚合工作。

（2）聚合名字生成。原始數(shù)據(jù)請(qǐng)求具有離散化的特點(diǎn)，可根據(jù)原始名字的聚合特征生成可能的聚合名字。通過查詢內(nèi)容感知模塊的數(shù)據(jù)庫Metadatabase，名字優(yōu)化組件將確認(rèn)生成的聚合名字是否可以用來作為興趣包請(qǐng)求數(shù)據(jù)。通常，聚合名字可以有效減少所需發(fā)送興趣包的數(shù)量，顯著縮短內(nèi)容獲取時(shí)延。

（3）異常處理。名字分解與數(shù)據(jù)融合模塊具有異常處理的功能。當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)制缺陷或其他原因?qū)е虏煌?jié)點(diǎn)的名稱數(shù)據(jù)庫不一致時(shí)，該模塊將發(fā)揮重要作用。在本論文中，假設(shè)節(jié)點(diǎn)間通信機(jī)制有效可靠，不存在數(shù)據(jù)庫不一致的問題，因此對(duì)該模塊不作進(jìn)一步討論。

2 名稱翻譯與優(yōu)化算法

本章以車聯(lián)網(wǎng)為例，詳細(xì)解釋中間件結(jié)構(gòu)支持多維名字請(qǐng)求的工作原理，并給出具體名字翻譯和優(yōu)化算法。

2.1 車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景概述

2.1.1 場(chǎng)景角色

圖2 中間件層面體系架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景沿用了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)初始設(shè)定的3種角色：生產(chǎn)者（Producer），消費(fèi)者（Consumer）和中繼器（Router）。

（1）生產(chǎn)者（Producer）：生產(chǎn)者在本車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中是固定部署在公路兩側(cè)的路邊單元，按照指定的時(shí)間間隔搜集一定區(qū)域內(nèi)的道路信息并存儲(chǔ)在本地，等待用戶獲取。需要指出的是，不同的路邊單元之間不會(huì)緩存對(duì)方的道路信息，避免存儲(chǔ)器負(fù)擔(dān)過重。

（2）中繼器（Router）：公路兩側(cè)的路邊單元既可以作為生產(chǎn)者，也可以作為中繼器。假設(shè)某一路邊單元收到了興趣包，如果它不緩存興趣包所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，需要向其他單元轉(zhuǎn)發(fā)興趣包，則它被視作中繼器。

（3）消費(fèi)者（Consumer）：車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，車輛節(jié)點(diǎn)作為消費(fèi)者，定期向路邊節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求道路信息，為車輛的駕駛提供輔助。由于車輛所需要的信息種類是多樣的，因此車輛產(chǎn)生的請(qǐng)求將包含多種維度。

2.1.2 名稱格式

本場(chǎng)景考慮3種維度的數(shù)據(jù)請(qǐng)求：空間、時(shí)間和信息類型。在中間件結(jié)構(gòu)中，3種維度的數(shù)據(jù)按照以下的格式組成興趣包：

/middleware/space/…/time/…/type

對(duì)于每個(gè)維度，做出如下設(shè)計(jì)。

（1）空間維度

空間維度描述車輛節(jié)點(diǎn)希望獲取的信息產(chǎn)生的位置，格式如下：

/space/road ID/kilometer section number

其中，road ID：車載導(dǎo)航系統(tǒng)中該路段的名字；

kilometer section number：考慮到任何一條公路均可視為一條有起點(diǎn)和終點(diǎn)的線段，以1 km為單位，將公路分割為1，2，3…，i，…；這里，i代表指定公路第i到（i+1） km的路段。

（2）時(shí)間維度

時(shí)間維度描述消費(fèi)者希望獲取的信息產(chǎn)生的時(shí)間，格式如下：

/time/date/five minutes index

其中，date：按照/year/month/day的格式指定日期；

five minutes index：一天中含有288個(gè)5 min長(zhǎng)的時(shí)段，分割為0，1，2，…，n，…287；n代表 {n*5，（n+1）*5}時(shí)段。

（3）信息類型維度

路邊單元收集的信息是多樣的，例如，該路段的平均氣溫和車輛行駛速度。信息類型維度指定了某個(gè)興趣包具體請(qǐng)求哪一類信息。格式如下：

/type/category

其中，category：在具體興趣包中填寫speed或temperature等。

2.2 基本名字翻譯算法

假定車輛位于北京長(zhǎng)安街。東起建國(guó)門，西至復(fù)興門，全長(zhǎng)約8 km。如果每公里部署一個(gè)路邊單元，以5 min一次的頻率生成該路段車輛的平均速度信息，車輛節(jié)點(diǎn)生成原始名字的流程和算法如下：

（1）車輛根據(jù)自身位置和車況確定需要的道路信息；

（2）車輛將對(duì)所需信息的描述通過北向接口傳遞給中間件；

（3）中間件根據(jù)基本語義翻譯規(guī)則得到具有固定粒度的原始名字。

原始名字采用離散化的命名機(jī)制。圖3展示了將連續(xù)的時(shí)間維度和空間維度請(qǐng)求分解并翻譯成固定粒度的名字算法。

在圖3中，深灰色區(qū)域表示車輛請(qǐng)求的內(nèi)容，（x1，x2）表示請(qǐng)求覆蓋的時(shí)間，（y1，y2）表示請(qǐng)求覆蓋的公里數(shù)。需要指出，x1，x2；y1，y2可能不具備基本語義翻譯要求的離散性，例如，x1可能表示3.5 km，而在2.1節(jié)中空間維度定義的格式要求起終點(diǎn)位置必須是整數(shù)公里，因此，有必要使用更大范圍的空間間隔冗余覆蓋用戶請(qǐng)求。時(shí)間維度的翻譯規(guī)則與空間維度相同。

圖3 基本語義翻譯算法

為方便起見，使用‘chang an’代表長(zhǎng)安街。假設(shè)車輛需要2018年2月20日全天所有路邊單元產(chǎn)生的信息，得到的原始名稱如下：

在僅使用基本翻譯算法的前提下，為了獲取長(zhǎng)安街20日全天的信息，共需發(fā)送8×288=2 304個(gè)興趣包。

2.3 名稱聚合優(yōu)化算法

流量控制是互聯(lián)網(wǎng)體系設(shè)計(jì)需要考慮的核心問題之一。大量的興趣包在網(wǎng)絡(luò)中傳送會(huì)引起傳輸過載。中間件結(jié)構(gòu)有必要采用相關(guān)算法，用更少的興趣包獲取相同的內(nèi)容，提高請(qǐng)求效率。

名稱聚合優(yōu)化算法在每一維度獨(dú)立工作。多個(gè)離散化的原始名字會(huì)聚合成一個(gè)聚合名字。通常，聚合名字比原始名字的長(zhǎng)度顯著縮短。

本節(jié)用一個(gè)實(shí)例幫助理解優(yōu)化算法的工作原理。圖4表示車輛希望獲得的信息。

圖4 車輛請(qǐng)求信息（a）

車輛請(qǐng)求信息的時(shí)間要求非常明確，但空間維度條件比較松散。根據(jù)2.2節(jié)的算法，為了冗余覆蓋用戶請(qǐng)求，生成如下的原始名字：

以上共產(chǎn)生8×6=48個(gè)原始名字。在空間維度，當(dāng)所有路段的信息都被請(qǐng)求時(shí)，中間件可將8個(gè)離散的原始名稱聚合成一個(gè)聚合度更高的名稱，因此，原始名字經(jīng)優(yōu)化后得到如下6個(gè)興趣包。

對(duì)比中間件執(zhí)行優(yōu)化處理算法前后，實(shí)現(xiàn)名稱聚合使得獲取資源效率極大提升，網(wǎng)絡(luò)通信量顯著減少。

2.4 優(yōu)化算法的改進(jìn)

2.3節(jié)的優(yōu)化算法明顯提升了內(nèi)容獲取效率，但仍存在設(shè)計(jì)機(jī)制缺陷?？紤]車輛請(qǐng)求如圖5所示的道路信息：

時(shí)間維度和空間維度的數(shù)據(jù)請(qǐng)求條件都十分明確。數(shù)據(jù)請(qǐng)求經(jīng)北向接口進(jìn)入中間件后，通過基本

圖5 車輛請(qǐng)求信息（b）

翻譯算法得到原始名字：

未經(jīng)優(yōu)化前，共有8×6=48個(gè)原始名字。按照2.3節(jié)給出的規(guī)則，只有離散化的名字足夠多，在空間維度覆蓋整條道路或時(shí)間維度覆蓋全天時(shí)，才符合被聚合的條件，因此，48個(gè)原始名字按照2.3節(jié)算法優(yōu)化后的聚合名字是：

優(yōu)化算法處理前后，聚合名字的數(shù)量沒有發(fā)生任何變化。2.4節(jié)原始名字僅比2.3節(jié)少了6個(gè)，聚合名字卻多了36個(gè)，這樣的機(jī)制明顯存在缺陷。因此，對(duì)優(yōu)化算法提出這樣一個(gè)改進(jìn)：

（1）按照2.3節(jié)提出的優(yōu)化算法處理原始名字。如果符合聚合條件，產(chǎn)生的聚合名字?jǐn)?shù)量明顯少于原始名字，則將聚合名字交給南向接口生成興趣包。

（2）如果優(yōu)化后的名字相比原始名字沒有發(fā)生變化，則依照聚合條件計(jì)算生成高度聚合的名字需要補(bǔ)充的請(qǐng)求數(shù)量。δ表示補(bǔ)充名字?jǐn)?shù)量，λ表示原始名字?jǐn)?shù)量。當(dāng)式（1）成立，南向接口向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送聚合名字，反之，向網(wǎng)絡(luò)層直接發(fā)送原始名字。

由改進(jìn)后的算法，本節(jié)示例補(bǔ)充以下6個(gè)名字后可生成高度聚合的名字：

帶入具體數(shù)值，經(jīng)計(jì)算，式（1）成立，因此，南向接口將向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送與 2.3相同的聚合名字：

需要指出的是，本節(jié)算法補(bǔ)充的名字所表示的信息，車輛從未希望獲得。網(wǎng)絡(luò)按照興趣包的請(qǐng)求將所有信息轉(zhuǎn)發(fā)到中間件后，中間件應(yīng)將用戶不需要的數(shù)據(jù)自動(dòng)丟棄。

觀察上述過程，網(wǎng)絡(luò)雖然傳輸了一些不需要的數(shù)據(jù)包，但興趣包數(shù)量的減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載降低作用更加顯著。本節(jié)算法的核心思想正是用內(nèi)容數(shù)據(jù)傳送量的少量增加換取興趣數(shù)據(jù)傳送量的顯著減少。

3 實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文給出的名字基本翻譯與優(yōu)化算法的性能，通過軟件進(jìn)行仿真。實(shí)驗(yàn)用軟件包括常用數(shù)學(xué)分析軟件Matlab和基于ns-3模擬器的ndnSIM（Named Data Networking Simulator）。仿真在Linux系統(tǒng)下進(jìn)行。

3.1 仿真環(huán)境

ns-3是運(yùn)行在Linux系統(tǒng)下的離散時(shí)間模擬器，ndnSIM則是專為NDN研究而開發(fā)的基于ns-3的模塊化仿真工具。本實(shí)驗(yàn)由ndnSIM平臺(tái)對(duì)車輛請(qǐng)求路況信息的全過程進(jìn)行仿真，得到中間件生成的原始名字、聚合名字和部分情境下額外產(chǎn)生的補(bǔ)充名字。Matlab軟件接受來自ndnSIM平臺(tái)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，分析指定情境下網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)。

3.1.1 環(huán)境配置

本次的仿真實(shí)驗(yàn)基于第2章所描述的車聯(lián)網(wǎng)情景。采用圖6所示3×3的9節(jié)點(diǎn)方格網(wǎng)狀路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。路網(wǎng)左上角的節(jié)點(diǎn)代表希望獲取數(shù)據(jù)的車輛，其余8個(gè)節(jié)點(diǎn)表示部署在公路兩側(cè)的路邊單元。

圖6 車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

假設(shè)所有數(shù)據(jù)均儲(chǔ)存在右下角的路邊單元中，其他節(jié)點(diǎn)的路邊單元僅承擔(dān)路由轉(zhuǎn)發(fā)的功能。仿真需要的網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)性能仿真關(guān)鍵參數(shù)

3.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

結(jié)合名字翻譯與優(yōu)化算法的特點(diǎn)，采用以下指標(biāo)評(píng)價(jià)算法性能。

（1）請(qǐng)求壓縮率。表示獲取相同量的數(shù)據(jù)，發(fā)送興趣包數(shù)量和原始名字的比率，衡量?jī)?yōu)化算法的有效性。壓縮率越低，原始名字聚合程度越高，算法越有效。

（2）網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量。表示在一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求過程中，生產(chǎn)者與消費(fèi)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量總和。本文提出的算法旨在從源頭減少數(shù)據(jù)產(chǎn)生，因此，不考慮中間路由策略引起的流量差異。

（3）路由器平均時(shí)延。表示路由器轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)包的平均時(shí)間。T代表路由器處理所有興趣包和數(shù)據(jù)包的總時(shí)延，m代表數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，n代表興趣包個(gè)數(shù)，則路由器平均時(shí)延t可由式（2）計(jì)算得到：

路由器對(duì)興趣包和數(shù)據(jù)包的處理能力存在明顯差異。用路由器平均時(shí)延衡量改進(jìn)優(yōu)化算法對(duì)兩類包占比配置的合理程度。該值越小，說明路由器平均處理速度越快，改進(jìn)優(yōu)化算法對(duì)包的配置越合理。

3.2 仿真結(jié)果

仿真過程基于第2章給出的場(chǎng)景，僅考慮空間維度的名字聚合。依據(jù)第2章給出的翻譯規(guī)則，空間維度1～8 km間可生成8個(gè)不同的原始名字。時(shí)間維度認(rèn)為產(chǎn)生了6個(gè)名字。根據(jù)仿真結(jié)果，分析名字優(yōu)化算法和改進(jìn)型算法的有效性。

3.2.1 請(qǐng)求壓縮率

請(qǐng)求壓縮率表示獲取相同量的數(shù)據(jù)，發(fā)送興趣包數(shù)量和原始名字的比率。比例越低，算法越有效。

如圖7所示，對(duì)于名字優(yōu)化算法和改進(jìn)的優(yōu)化算法，壓縮效率存在明顯差異。當(dāng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求不多時(shí)，兩種算法均不符合名字聚合條件，得到的興趣包數(shù)量與基本翻譯得到的原始名字?jǐn)?shù)量相同，壓縮率也相同，均為1。當(dāng)請(qǐng)求數(shù)量增加，由于改進(jìn)型優(yōu)化算法的聚合條件比基本型優(yōu)化算法的更寬松，基于2.4節(jié)假定的場(chǎng)景，在42～47個(gè)原始名字范圍內(nèi)，使用改進(jìn)型優(yōu)化算法，壓縮率僅0.13，基本優(yōu)化算法接近1。結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。

圖7 請(qǐng)求壓縮率對(duì)比

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量

網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量表示在一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求過程中，生產(chǎn)者與消費(fèi)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量總和。負(fù)載量越小，算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的控制越有效。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，基于2.4節(jié)場(chǎng)景，原始名字的數(shù)量接近聚合條件時(shí)，改進(jìn)型優(yōu)化算法產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量顯著低于未改進(jìn)優(yōu)化算法。使用基本優(yōu)化算法網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量約為55 KB，改進(jìn)后網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量迅速下降到50 KB。出現(xiàn)這一情況的主要原因是改進(jìn)型優(yōu)化算法大幅減少了在網(wǎng)絡(luò)中傳遞的興趣包數(shù)量，同時(shí)，額外傳遞的數(shù)據(jù)包數(shù)量卻不多。結(jié)果符合預(yù)期。

圖8 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量對(duì)比

3.2.3 路由器平均時(shí)延

路由器平均時(shí)延。表示路由器轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)包的平均時(shí)間。該值越小，說明路由器平均處理速度越快，改進(jìn)優(yōu)化算法對(duì)包的配置越合理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，改進(jìn)后的優(yōu)化算法明顯對(duì)路由器更加友好。在接近基本優(yōu)化算法聚合條件的范圍內(nèi)，改進(jìn)型優(yōu)化算法使得路由器平均處理時(shí)間下降到0.77 ms左右，顯著低于未改進(jìn)時(shí)0.9 ms的平均時(shí)間。興趣包報(bào)頭信息量比數(shù)據(jù)包報(bào)頭更大，路由器需要的處理時(shí)間更長(zhǎng)，因此請(qǐng)求相同的內(nèi)容，使用興趣包的數(shù)量越少越好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，改進(jìn)型算法實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)。

圖9 路由器平均時(shí)延對(duì)比

4 結(jié)束語

為提高NDN對(duì)多維名稱請(qǐng)求的支持能力，本文引入了中間件結(jié)構(gòu)，并給出與之相匹配的名字翻譯和優(yōu)化算法。針對(duì)優(yōu)化算法存在的缺陷，提出了改進(jìn)措施。仿真結(jié)果表明，中間件和相關(guān)算法搭配使用，可以顯著提高NDN對(duì)物聯(lián)網(wǎng)多維數(shù)據(jù)請(qǐng)求的支持能力。除此之外，對(duì)于名字優(yōu)化算法，還存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。改進(jìn)式優(yōu)化算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的提升是明顯的，但是使用改進(jìn)優(yōu)化算法的條件有待進(jìn)一步研究，例如：式（1）范圍確定在15%是否最優(yōu)；是否有可能將聚合規(guī)則要求的粒度降低等。