面向多維統(tǒng)一標(biāo)識體系的標(biāo)識解析映射機制

繆靜瑩，郜 帥，侯心迪，劉寧春

(北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 移動專用網(wǎng)絡(luò)國家工程研究中心，北京 100044)

0 引 言

在傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中，標(biāo)識是支撐網(wǎng)絡(luò)通信的重要基石。隨著第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò)5.0)概念的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)要求作為數(shù)據(jù)網(wǎng)的IP網(wǎng)有著更加全面的內(nèi)生能力[1]，然而，由于歷史原因，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識命名及其解析映射體系存在先天的缺陷和不足，難以支撐起“互聯(lián)網(wǎng)+”形勢下多元化的應(yīng)用需求[2]。具體來說：

(1)在網(wǎng)絡(luò)層中，使用的IP地址存在身份與位置綁定的二義性問題，造成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有著移動性支持、安全和位置隱私、多家鄉(xiāng)連接、路由規(guī)?？蓴U展性等諸多問題；

(2)在傳輸層中，采用的形式來標(biāo)識連接，使得傳輸層的名稱空間依賴于下層網(wǎng)絡(luò)層的名稱空間，這種設(shè)計限制了上層應(yīng)用提供移動場景下的無縫通信服務(wù)。同時，由于業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的分層解耦[3]，使得網(wǎng)絡(luò)缺乏對上層應(yīng)用的需求感知，難以支持網(wǎng)絡(luò)智慧化通信；

(3)在應(yīng)用層中，采用層次化語義URI對服務(wù)和內(nèi)容資源進(jìn)行統(tǒng)一描述，并通過DNS系統(tǒng)維護(hù)URI與IP地址之間的映射關(guān)系，造成資源與網(wǎng)絡(luò)位置的依賴，使得網(wǎng)絡(luò)中存在資源冗余、靈活性差、傳輸效率低的弊端。

當(dāng)前，國內(nèi)外研究機構(gòu)已開展了對新型網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識以及標(biāo)識解析映射的相關(guān)研究和開發(fā)，出現(xiàn)了多種新型網(wǎng)絡(luò)，具有代表性的有：美國國家科學(xué)基金會NSF資助的FIA中包含的4個未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)項目[4]，分別是以內(nèi)容資源為中心的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)NDN[5]，圍繞移動性為設(shè)計目標(biāo)的MobilityFirst[6]，以云計算為中心的NEBULA[7]，支持主機、內(nèi)容、服務(wù)等主體間接通信的XIA[8]；國家啟動的“863”計劃、“973”計劃以及國家重點研發(fā)計劃產(chǎn)出了面向服務(wù)的SOFIA體系架構(gòu)，提出“4種標(biāo)識”和“3種映射”的一體化標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)[9]，支持網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)適配的智慧協(xié)同標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)[10]和融合全網(wǎng)多空間、多維度資源的智融標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)[2]等。

為了滿足面向未來互聯(lián)網(wǎng)的多元化業(yè)務(wù)在高安全、輕量級、智能化、高效性、移動性等方面的迫切需求，張宏科院士團(tuán)隊提出了面向?qū)ο?、?nèi)容、服務(wù)、連接的多維統(tǒng)一標(biāo)識體系，能夠合理解決傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的不足。多維統(tǒng)一標(biāo)識可用于描述設(shè)備對象、內(nèi)容、服務(wù)、特定組等多種網(wǎng)絡(luò)對象，采用多維屬性描述(Multidimensional Attribute Description，MAD)對差異化的網(wǎng)絡(luò)對象進(jìn)行抽象表述，采用扁平化的多維統(tǒng)一標(biāo)識(Unified Identifiers，UID)作為身份標(biāo)識符，采用可聚合的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)識(Network Interconnection Identifiers，NID)作為位置標(biāo)識符，將網(wǎng)絡(luò)對象的身份與位置分離，保護(hù)用戶安全和位置隱私，支持移動性。

隨著新型網(wǎng)絡(luò)研究的開展，尤其在ICN出現(xiàn)后，標(biāo)識解析服務(wù)被認(rèn)為是由網(wǎng)絡(luò)本身提供的一項基礎(chǔ)功能，用于幫助用戶終端使用持久化的唯一標(biāo)識符訪問網(wǎng)絡(luò)對象。至今為止，國內(nèi)外的研究者提出了一些標(biāo)識解析映射機制。基于LISP[11]協(xié)議，出現(xiàn)了ALT[12]、LISP-DHT[13]、NERD、LISP-TREE[14]等不同架構(gòu)的標(biāo)識映射方案。NetInf[15]項目中的標(biāo)識解析系統(tǒng)采用多層次分布式哈希表(MDHT[16])保證了恒定跳數(shù)的解析。MobilityFirst項目中提出了Auspice[17]、GMap、DMap[18]三種全局名稱解析服務(wù)(GNS)，Auspice采用需求感知的副本引擎部署映射信息，GMap和DMap都采用分布式哈希表(DHT)，不同的是GMap考慮了標(biāo)識的地理歸屬。在一體化標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)以及標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)研究中，針對前綴可聚合的接入標(biāo)識AID，研究者提出了基于字典樹前綴匹配的層級式映射系統(tǒng)[19]，引入租約機制確保映射信息的強一致性[20]。

從上述新型網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識及其標(biāo)識解析映射機制的研究可以看出，標(biāo)識解析映射機制的設(shè)計與標(biāo)識本身的命名機制、應(yīng)用場景、網(wǎng)絡(luò)類型、規(guī)模大小緊密相關(guān)，現(xiàn)階段的研究方案主要針對從唯一身份標(biāo)識到位置標(biāo)識的一次映射，缺乏對網(wǎng)絡(luò)資源檢索的支持，并且在移動場景中欠缺對網(wǎng)絡(luò)位置實時感知、映射同步更新的考慮。

針對多維統(tǒng)一標(biāo)識體系，該文提出了一種面向多維統(tǒng)一標(biāo)識體系的標(biāo)識解析映射機制，以滿足基于多維屬性的多維統(tǒng)一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)通信需求。表1比較了幾種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與其映射系統(tǒng)的特點。標(biāo)識解析映射機制維護(hù)了多維統(tǒng)一標(biāo)識與多維屬性描述及網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)識三種信息之間的映射關(guān)系，將網(wǎng)絡(luò)對象中靜態(tài)的固有屬性和動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)屬性進(jìn)行分離，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源靈活搜索、服務(wù)智慧定位的功能，賦予網(wǎng)絡(luò)除數(shù)據(jù)承載外更豐富的資源感知能力。 同時， 基于網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的新型網(wǎng)絡(luò)范式，將網(wǎng)絡(luò)位置的映射解析能力集中在控制面，提高了映射的實時同步效率。本標(biāo)識解析映射機制的特點如下：基于服務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層的雙層解析映射；支持基于多維屬性的多類型對象檢索；支持移動感知與映射同步更新；采用分布式的映射存儲集群，配合高性能分布式搜索引擎，實現(xiàn)大規(guī)模映射信息的存儲和查詢。

表1 幾種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與其映射系統(tǒng)的特點比較

1 面向多維統(tǒng)一標(biāo)識體系的標(biāo)識解析映射機制

1.1 多維統(tǒng)一標(biāo)識體系框架與運行機理

多維統(tǒng)一標(biāo)識體系框架如圖1所示，由服務(wù)層、接口層和網(wǎng)絡(luò)層以及映射空間構(gòu)成。

圖1 多維統(tǒng)一標(biāo)識體系框架

服務(wù)層針對上層新型多樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，基于多維屬性對差異化的應(yīng)用屬性進(jìn)行統(tǒng)一描述，構(gòu)成多維屬性描述。面向復(fù)雜多維的用戶需求，將請求統(tǒng)一為對目的對象的多維屬性描述。

接口層對服務(wù)層生成的MAD進(jìn)行管理，建立從抽象的MAD到UID的映射關(guān)系(稱為服務(wù)層映射)，并且向映射空間發(fā)布服務(wù)層映射。根據(jù)用戶多維屬性需求描述發(fā)起服務(wù)層映射查詢，獲取目的對象的UID，從而為服務(wù)層提供透明的基于多維屬性描述的通信服務(wù)。同時，通過解析目的對象的多維屬性描述，為網(wǎng)絡(luò)層傳遞基于網(wǎng)絡(luò)對象特性的通信配置。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)管理設(shè)備的UID，基于UID區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)對象，通過標(biāo)識通告機制向映射空間注冊UID到NID的動態(tài)映射關(guān)系(稱為網(wǎng)絡(luò)層映射)。網(wǎng)絡(luò)層支持使用UID建立域內(nèi)通信或使用NID建立快速的跨域通信，基于接口層傳遞的通信配置，支持多維尋址、個性化路由。

映射空間存儲服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層映射關(guān)系，完成標(biāo)識映射關(guān)系的注冊、查詢和響應(yīng)。該空間為服務(wù)請求者提供基于多維屬性的網(wǎng)絡(luò)對象檢索功能，無需感知難以理解的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識。

在多維統(tǒng)一標(biāo)識體系中，每個網(wǎng)絡(luò)對象擁有MAD、UID、NID三種描述信息。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備首次入網(wǎng)時需發(fā)起服務(wù)層映射注冊，注冊信息包含設(shè)備離線認(rèn)證生成的DUID(Device Unified Identifiers)和設(shè)備MAD，之后，作為服務(wù)提供者的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可注冊其提供的服務(wù)或內(nèi)容的MAD，由標(biāo)識解析映射系統(tǒng)生成UID并返回。完成服務(wù)層注冊的網(wǎng)絡(luò)對象可以被其他網(wǎng)絡(luò)用戶通過服務(wù)層映射查詢請求搜索到，通過UID建立一對一單播通信，或向其他網(wǎng)絡(luò)用戶傳遞內(nèi)容資源。任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至新的網(wǎng)絡(luò)后，會發(fā)起網(wǎng)絡(luò)層映射注冊，因此網(wǎng)絡(luò)層映射隨著設(shè)備的跨域移動實時發(fā)生更新。標(biāo)識解析映射系統(tǒng)保證通信建立時，路由設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)層映射查詢能夠獲取最新的NID信息。

1.2 標(biāo)識解析映射框架

多維統(tǒng)一標(biāo)識的標(biāo)識解析映射框架如圖2所示，主要模塊功能如下：

終端接入模塊負(fù)責(zé)建立終端和解析映射系統(tǒng)之間的接入關(guān)系。其中，接入檢測單元轉(zhuǎn)發(fā)已認(rèn)證終端的多維統(tǒng)一標(biāo)識通告報文(簡稱標(biāo)識通告報文)至網(wǎng)絡(luò)層解析映射模塊；解析轉(zhuǎn)發(fā)單元解析多維統(tǒng)一標(biāo)識數(shù)據(jù)報文類型和目的標(biāo)識，進(jìn)行相應(yīng)的報文轉(zhuǎn)發(fā)操作。該模塊在網(wǎng)絡(luò)中的實體設(shè)備為接入交換路由器。

網(wǎng)絡(luò)層解析映射模塊負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)層映射關(guān)系。其中，網(wǎng)絡(luò)層映射檢測單元通過解析標(biāo)識通告報文獲取UID信息，檢測報文來源的接入模塊網(wǎng)絡(luò)位置、接入端口等信息生成NID標(biāo)識，下發(fā)UID轉(zhuǎn)發(fā)表的流表項至交換機用于域內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，同時構(gòu)建UID-NID網(wǎng)絡(luò)層映射信息傳遞至網(wǎng)絡(luò)層映射管理單元。網(wǎng)絡(luò)層映射管理單元負(fù)責(zé)注冊或查詢網(wǎng)絡(luò)層映射信息，對于注冊請求，首先將映射關(guān)系轉(zhuǎn)換為UID-NID映射表的流表項下發(fā)至交換機，同時，將映射信息發(fā)送至映射存儲集群模塊進(jìn)行同步存儲；對于查詢請求，向映射存儲集群模塊發(fā)起分布式搜索，獲取網(wǎng)絡(luò)層映射信息轉(zhuǎn)換為UID-NID映射表的流表項下發(fā)。該模塊在網(wǎng)絡(luò)中的實體設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器。

服務(wù)層解析映射模塊負(fù)責(zé)建立和維護(hù)服務(wù)層映射關(guān)系。其中，服務(wù)層映射解析單元通過解析多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報文，識別映射報文類型，提取報文中UID標(biāo)識、對象類型、多維屬性描述等信息，傳遞至服務(wù)層映射管理單元。服務(wù)層映射管理單元針對報文類型執(zhí)行相應(yīng)操作。該模塊在網(wǎng)絡(luò)中的實體設(shè)備為服務(wù)層映射服務(wù)器。

對于服務(wù)層映射注冊請求(對服務(wù)對象，該單元會根據(jù)MAD信息生成服務(wù)對象的SUID)，服務(wù)層映射管理單元建立待注冊對象的UID-MAD服務(wù)層映射，發(fā)送至映射存儲集群單元進(jìn)行映射存儲。

對于映射查詢請求，服務(wù)層映射管理單元依據(jù)MAD信息向映射存儲集群模塊發(fā)起分布式搜索，支持精確查詢、最優(yōu)查詢、批量查詢?nèi)N查詢方式。精確查詢用于搜索包含全部屬性描述的查詢請求，若沒有全部屬性均匹配的網(wǎng)絡(luò)對象則會響應(yīng)查詢失??；最優(yōu)查詢用于搜索包含全部或部分屬性描述的查詢請求，查詢會返回一條屬性匹配度最高的網(wǎng)絡(luò)對象信息；批量查詢用于搜索包含部分屬性描述的查詢請求，查詢結(jié)果按屬性匹配度順序返回多條網(wǎng)絡(luò)對象信息。

映射存儲集群模塊存儲多維統(tǒng)一標(biāo)識映射信息，采用多個節(jié)點構(gòu)成一個容量可伸縮的映射存儲集群，部署實時的分布式搜索引擎Elasticsearch和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL，能夠兼顧服務(wù)層基于MAD的對象檢索功能和頻繁更新的網(wǎng)絡(luò)層映射查詢。采用一主多從的安全備份策略，既提高了數(shù)據(jù)響應(yīng)效率，還能避免數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，保障了系統(tǒng)可用性。該模塊在網(wǎng)絡(luò)中的實體設(shè)備為映射存儲集群。

圖2 標(biāo)識解析映射框架

1.3 標(biāo)識解析映射工作流程

1.3.1 多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報文

在多維統(tǒng)一標(biāo)識體系中，終端設(shè)備是服務(wù)層映射注冊和查詢的主體，終端發(fā)送的多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報文如圖3所示。事務(wù)ID保證了請求和響應(yīng)報文的一一對應(yīng)，映射報文類型與子類型明確了具體的請求事務(wù)，響應(yīng)報文通過狀態(tài)碼傳遞事務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，報文主體部分填充JSON格式的MAD或UID信息。

圖3 多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報文格式

1.3.2 服務(wù)層解析映射工作流程

以應(yīng)用服務(wù)的注冊和查詢?yōu)槔榻B服務(wù)層解析映射的具體工作流程。如圖4所示，該流程中的終端設(shè)備1和終端設(shè)備2已經(jīng)完成設(shè)備注冊，此時，終端設(shè)備1注冊其應(yīng)用服務(wù)，圖4(a)展示了服務(wù)層映射注冊的過程。終端設(shè)備1發(fā)起服務(wù)層映射注冊請求，接入交換路由器解析出報文類型后轉(zhuǎn)發(fā)報文至區(qū)域內(nèi)的服務(wù)層映射服務(wù)器，服務(wù)器解析報文負(fù)載中相關(guān)信息，生成SUID并構(gòu)建服務(wù)層映射條目存儲至映射存儲集群，存儲成功后返回的響應(yīng)報文中包含SUID信息。

圖4 服務(wù)層解析映射工作流程

在設(shè)備1注冊成功后，設(shè)備2想要請求該應(yīng)用服務(wù)，圖4(b)展示了服務(wù)層映射查詢的過程。終端設(shè)備2發(fā)起服務(wù)層映射查詢，查詢類型標(biāo)記在多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報頭子類型字段中，請求轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域內(nèi)服務(wù)層映射服務(wù)器，服務(wù)器提取報文負(fù)載中的信息，向存儲集群發(fā)起分布式搜索，最后根據(jù)用戶請求的查詢類型整合搜索結(jié)果構(gòu)建響應(yīng)報文返回至查詢方。

1.3.3 網(wǎng)絡(luò)層解析映射及傳輸工作流程

網(wǎng)絡(luò)層解析映射及傳輸工作流程如圖5所示。設(shè)備1進(jìn)入接入交換路由器1所在網(wǎng)絡(luò)中，圖5(a)展示了網(wǎng)絡(luò)層映射注冊流程。設(shè)備1向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送標(biāo)識通告報文，報文由接入交換路由器轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器，服務(wù)器從報文中解析UID，同時獲取報文來源路由設(shè)備、端口等位置信息生成NID標(biāo)識，構(gòu)建出UID-NID網(wǎng)絡(luò)層映射，該映射信息存儲至映射集群。映射存儲成功之后，服務(wù)器會下發(fā)UID轉(zhuǎn)發(fā)表、UID-NID映射表條目至報文來源路由器。

設(shè)備1注冊成功后，設(shè)備2向設(shè)備1發(fā)起通信，圖5(b)展示了報文傳輸及網(wǎng)絡(luò)層映射查詢的流程。設(shè)備2發(fā)起通信請求，接入交換路由器2解析目的UID，由于路由器2中無此UID的映射條目，因此觸發(fā)了網(wǎng)絡(luò)層映射查詢流程。此通信報文被轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器，服務(wù)器查詢到結(jié)果后將NID填入報文中，然后將報文下發(fā)至報文來源路由器，路由器依據(jù)報文中的NID進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同時，服務(wù)器會構(gòu)建UID-NID映射條目下發(fā)至路由器2，用于之后通信報文的快速轉(zhuǎn)發(fā)。報文到達(dá)接入交換路由器1后，路由器會刪除NID信息，依據(jù)UID轉(zhuǎn)發(fā)表將報文發(fā)送至目的終端設(shè)備1。

圖5 網(wǎng)絡(luò)層解析映射工作流程

2 實驗測試和結(jié)果

2.1 實驗環(huán)境

多維統(tǒng)一標(biāo)識解析映射原型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D6所示。網(wǎng)絡(luò)中包含三臺數(shù)據(jù)平面可編程P4交換機，型號均為Barefoot Networks Wedge100BF-32X。兩臺高性能服務(wù)器，分別為服務(wù)層映射服務(wù)器S1、網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器S2，配置為Intel?Xeon?Silver 4212 CPU @ 2.20 GHz * 48，搭載62.6 GB內(nèi)存。S2與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)三臺交換機通過P4Runtime協(xié)議通信。一臺主機作為服務(wù)請求方A與交換機R2相連，一臺普通服務(wù)器作為服務(wù)提供方B與交換機R3相連，S1與交換機R1相連。

圖6 標(biāo)識解析映射原型系統(tǒng)拓?fù)?/p>

2.2 功能測試

2.2.1 標(biāo)識解析映射機制注冊功能測試

在本測試環(huán)境中，設(shè)備A和設(shè)備B均已離線申請并認(rèn)證了DUID。首先，兩臺設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備發(fā)出標(biāo)識通告報文，交換機收到報文后轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器S2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層映射注冊，S2執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層映射構(gòu)建、映射存儲、流表分發(fā)等流程。如圖7(a)所示，S2的數(shù)據(jù)庫中存儲了DUID-A、DUID-B的網(wǎng)絡(luò)層映射條目，圖7(b)展示了相關(guān)流表的下發(fā)情況。

(a)注冊后網(wǎng)絡(luò)層映射數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

同時，設(shè)備A和設(shè)備B向服務(wù)層映射服務(wù)器S1發(fā)起設(shè)備注冊。作為服務(wù)提供方，設(shè)備B繼續(xù)向S1注冊了高清視頻服務(wù)。圖7(c)中展示了S1解析B發(fā)送的高清視頻服務(wù)屬性描述，并且將生成的SUID-B存儲到數(shù)據(jù)庫的日志內(nèi)容。S1完成上述步驟后，發(fā)送服務(wù)層映射注冊響應(yīng)報文給設(shè)備B，然后設(shè)備B會發(fā)送標(biāo)識通告報文對SUID-B進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層映射注冊?？梢钥闯?，該機制在實驗環(huán)境下完成了標(biāo)識映射關(guān)系的注冊。

2.2.2 標(biāo)識解析映射機制查詢功能測試

設(shè)備成功注冊之后，可以與其他網(wǎng)絡(luò)對象建立通信或請求/提供應(yīng)用服務(wù)。服務(wù)請求方A想要觀看高清視頻，A通過多維統(tǒng)一標(biāo)識終端發(fā)起服務(wù)類型屬性為高清視頻的最優(yōu)查詢，服務(wù)層映射查詢請求轉(zhuǎn)發(fā)至S1，S1解析出網(wǎng)絡(luò)中提供該類型服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)對象SUID-B并發(fā)送響應(yīng)報文。圖8(a)展示了S1執(zhí)行本功能的日志。

接著，服務(wù)請求方A請求SUID-B的服務(wù)，數(shù)據(jù)報文的目的UID為SUID-B。交換機R2本地未匹配SUID-B條目，因此向S2發(fā)起網(wǎng)絡(luò)層映射請求。S2處理網(wǎng)絡(luò)層映射查詢請求，將查詢結(jié)果以流表的形式下發(fā)至交換機R2，圖8(b)展示了網(wǎng)絡(luò)層映射流表的具體內(nèi)容。通過上述流程，該機制在實驗環(huán)境下完成了標(biāo)識映射關(guān)系的查詢，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

(a)服務(wù)層解析映射查詢事務(wù)日志

2.3 性能測試

為測試解析映射機制的性能，本測試在圖6所示的環(huán)境中使用JMeter壓力測試工具使一臺設(shè)備可以發(fā)出大量報文，模擬大規(guī)模終端并發(fā)場景。

2.3.1 服務(wù)層解析映射性能測試

本測試將使用響應(yīng)時延對服務(wù)層解析映射機制的性能進(jìn)行評估。響應(yīng)時延是指用戶從開始發(fā)送請求到接收到相應(yīng)請求的響應(yīng)報文的時間間隔，該指標(biāo)是衡量該機制解析映射處理效率的重要指標(biāo)。

圖9展示了服務(wù)層解析映射響應(yīng)時延的測試結(jié)果箱線圖。由于注冊是數(shù)據(jù)寫入過程，查詢是數(shù)據(jù)讀取過程，而數(shù)據(jù)庫的寫入比讀取更大的開銷，因此注冊的響應(yīng)時延要高于查詢過程。從圖中可以看出，隨著并發(fā)量遞增，服務(wù)層映射注冊的平均響應(yīng)時間在23 ms內(nèi)，服務(wù)層映射查詢的平均響應(yīng)時間在3 ms以內(nèi)。隨著并發(fā)量的增加，響應(yīng)時延的抖動略有增加，這與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的抖動相關(guān)，但響應(yīng)時延仍然保持在合理的范圍內(nèi)。

圖9 服務(wù)層解析映射性能測試結(jié)果

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)層解析映射性能測試

本測試將使用平均查詢時延對網(wǎng)絡(luò)層解析映射機制的性能進(jìn)行評估，平均查詢時延是指網(wǎng)絡(luò)層映射服務(wù)器查詢映射所用的平均時間。

同時，使用平均傳輸時延評估網(wǎng)絡(luò)層解析映射對原型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊憽Ｆ骄鶄鬏敃r延是指從一個設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)通信報文，交換機查詢網(wǎng)絡(luò)層映射并根據(jù)查詢結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)報文，目的設(shè)備收到數(shù)據(jù)報文的平均間隔時間，包括了上述查詢時延部分。

為了模擬高并發(fā)高移動場景，讓每個報文轉(zhuǎn)發(fā)都經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)層映射查詢過程，在測試過程中，1.3.3節(jié)所述的映射查詢結(jié)果不會寫入交換機流表中。

表2展示了平均查詢時延與傳輸時延的測試結(jié)果。從表中分析可得，隨著并發(fā)量遞增，兩種時延值在增加，但是查詢時延的占比保持在穩(wěn)定的水平并且還有下降的趨勢，說明大流量對網(wǎng)絡(luò)傳輸造成了一定的影響，使得查詢時延和傳輸時延都有一定程度的增加，但是網(wǎng)絡(luò)層映射查詢功能的開銷是穩(wěn)定的。由于網(wǎng)絡(luò)層解析映射服務(wù)器與服務(wù)層解析映射服務(wù)器相比增加了設(shè)備感知、網(wǎng)絡(luò)控制、流表下發(fā)等功能，機器負(fù)載較高，因此，與2.3.1節(jié)中服務(wù)層映射查詢響應(yīng)時延相比，本節(jié)測試結(jié)果中平均查詢時延較高。

表2 網(wǎng)絡(luò)層解析映射性能測試結(jié)果

綜上所述，在高并發(fā)高移動場景中，在保證網(wǎng)絡(luò)帶寬的前提下，本解析映射機制能提供較為穩(wěn)定的通信傳輸時延。

3 結(jié)束語

針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在標(biāo)識設(shè)計及解析映射機制上的缺陷，提出了一種面向多維統(tǒng)一標(biāo)識體系的標(biāo)識解析映射機制。提出了多維統(tǒng)一標(biāo)識體系框架，通過設(shè)計多維統(tǒng)一標(biāo)識映射報文，實現(xiàn)多維統(tǒng)一標(biāo)識體系下映射注冊與查詢的信息交互；通過服務(wù)層解析映射和支持分布式搜索的存儲集群，實現(xiàn)了基于多維屬性的大規(guī)模多類型對象的注冊和檢索；通過網(wǎng)絡(luò)層解析映射，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)位置實時感知、同步更新映射。功能和性能測試的結(jié)果表明，該機制能夠有效地實現(xiàn)面向多維統(tǒng)一標(biāo)識體系的標(biāo)識解析映射，可承受較大規(guī)模的并發(fā)請求，映射解析過程給傳輸帶來的時延穩(wěn)定在合理的范圍內(nèi)。