用于減少信息中心網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間的方法和裝置與流程

本發(fā)明一般地涉及信息中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳輸，并且更具體地涉及一種用于減少信息中心網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間的方法和裝置。

背景技術(shù)：

網(wǎng)絡(luò)中的擁塞導(dǎo)致了數(shù)據(jù)包丟棄以及高排隊(duì)延遲，這增加了延遲時(shí)間以及流完成時(shí)間。作為示例，公司在每100ms的額外延遲時(shí)間會(huì)損失1％的銷售額。頁面生成中的額外的0.5s延遲時(shí)間會(huì)減少20％的網(wǎng)站流量。典型的機(jī)制依賴于歷史和概率統(tǒng)計(jì)方法。過往，創(chuàng)建流量矩陣并且為路徑分配權(quán)重以最小化最大鏈路利用率(minMLU)。概率上，期望將這些鏈路利用圖收斂到最優(yōu)值，然而這種收斂可能出現(xiàn)的太晚以至于不能借助改變網(wǎng)絡(luò)資源分配而緩解擁塞。某些工作僅檢測了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中大的，或“象型”尺寸的流并且防止它們?cè)谙嗤窂缴系呐鲎?。其他技術(shù)使用啟發(fā)法以包括基于內(nèi)容的差異化并且依賴于歷史數(shù)據(jù)。相等最短路徑之間的基于哈希的負(fù)載平衡是減少網(wǎng)絡(luò)中擁塞的另一嘗試。與某些源/目的地濾波器匹配的IP流可以包括不同的應(yīng)用。此外。IP流是一種用于分配的資源數(shù)量的較差描述符。另外，不存在明確的語義以發(fā)送流結(jié)束的信號(hào)。

在網(wǎng)絡(luò)中需要較好的流量工程和資源分配機(jī)制以減少擁塞并且因此減少流的完成時(shí)間。當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)對(duì)于該目標(biāo)來說是不適合的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由上可知，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到出現(xiàn)了對(duì)減少網(wǎng)絡(luò)中的擁塞，特別是減少信息中心網(wǎng)絡(luò)中的擁塞的技術(shù)的需求。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于減少信息中心網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間的方法和裝置，其極大地減少或基本上消除了與當(dāng)前減少網(wǎng)絡(luò)擁塞技術(shù)相關(guān)聯(lián)的問題以及缺點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于減少信息中心網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間的方法，所述方法包括：接收來自進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容對(duì)象的入口節(jié)點(diǎn)的指示，所述內(nèi)容對(duì)象與通過所述網(wǎng)絡(luò)的新的傳送流相關(guān)聯(lián)。識(shí)別用于所述內(nèi)容對(duì)象的所述網(wǎng)絡(luò)中的出口節(jié)點(diǎn)，以及識(shí)別所述內(nèi)容對(duì)象的尺寸。部分基于所述內(nèi)容對(duì)象的所述尺寸，確定用于所述新的傳送流的待完成量和帶寬。確定所述網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)有傳送流的待完成量和帶寬。確定從所述入口節(jié)點(diǎn)到所述出口節(jié)點(diǎn)的用于所述新的傳送流的所述網(wǎng)絡(luò)中的候選路徑的集合。對(duì)于每個(gè)候選路徑，基于所述待完成量和帶寬，估計(jì)對(duì)于每個(gè)候選路徑完成所有傳送流的總響應(yīng)時(shí)間。選擇用于所述新的傳送流的具有最低總響應(yīng)時(shí)間的候選路徑。

本發(fā)明描述了優(yōu)于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)擁塞減少技術(shù)的許多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，一個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于識(shí)別用于內(nèi)容對(duì)象的通過網(wǎng)絡(luò)的路徑，所述路徑對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的現(xiàn)有內(nèi)容傳送流具有最少的影響。另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于在識(shí)別候選路徑中在網(wǎng)絡(luò)中的控制器的控制下，提供了帶寬共享。又一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于相比于常規(guī)技術(shù)響應(yīng)時(shí)間的增益。其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)根據(jù)隨附附圖、說明書以及權(quán)利要求，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的和可辨識(shí)的。

附圖說明

為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下面結(jié)合附圖的說明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同部件，其中

圖1示出了實(shí)施基于內(nèi)容的流量分配機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)；

圖2示出了用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇的簡化過程；

圖3示出了用于在路徑選擇過程中估計(jì)特定候選路徑的簡化過程；

圖4示出了用在將路徑選擇過程與常規(guī)技術(shù)作比較中的第一網(wǎng)絡(luò)類型；

圖5示出了用在將路徑選擇過程與常規(guī)技術(shù)作比較中的第二網(wǎng)絡(luò)類型；

圖6示出了在具有第一流量需求的第一網(wǎng)絡(luò)類型中將路徑選擇過程與特定常規(guī)技術(shù)作比較的圖形；

圖7示出了在具有第二流量需求的第一網(wǎng)絡(luò)類型中將路徑選擇過程與特定常規(guī)技術(shù)作比較的圖形；

圖8示出了在具有第一流到達(dá)速率的第二網(wǎng)絡(luò)類型中將路徑選擇過程與各種常規(guī)技術(shù)作比較的圖形；

圖9示出了在具有第二流到達(dá)速率的第二網(wǎng)絡(luò)類型中將路徑選擇過程與各種常規(guī)技術(shù)作比較的圖形；

圖10示出了顯示帶寬分配對(duì)以不同流到達(dá)速率的路徑選擇過程和特定常規(guī)技術(shù)的影響的圖形；以及

圖11示出了適用于執(zhí)行路徑選擇過程的網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體的通用計(jì)算組件的簡化示例。

具體實(shí)施方式

如下所述的圖1到圖11以及用于描述該專利中的本發(fā)明的原理的各種實(shí)施例僅是說明性的，并且不應(yīng)以任何方式來解釋以限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明的原理可以實(shí)施在任何類型的適當(dāng)安排的設(shè)備或系統(tǒng)中。在一個(gè)附圖中所示且所討論的特征視情況可以實(shí)施在一個(gè)或更多個(gè)其他的附圖中。

信息中心網(wǎng)絡(luò)(ICN)支持由來自內(nèi)容的用戶對(duì)于內(nèi)容的請(qǐng)求而發(fā)起的流。用戶可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或在不同的網(wǎng)絡(luò)域中。網(wǎng)絡(luò)接收所述請(qǐng)求并且內(nèi)容流回通過網(wǎng)絡(luò)。將內(nèi)容對(duì)象映射到單一流并且將組成一個(gè)內(nèi)容對(duì)象的所有組塊(chunk)分配給通過網(wǎng)絡(luò)的相同的路徑。ICN可以支持來自多個(gè)源的組塊的傳輸，然而為了討論的目的，假設(shè)所有的組塊沿著相同的路徑。

如果執(zhí)行了嚴(yán)格的路徑對(duì)稱，則可以對(duì)所述請(qǐng)求作出流量分配決定。也就是說，如果用戶發(fā)送了識(shí)別內(nèi)容對(duì)象的CCN/NDN興趣數(shù)據(jù)包，則可以通過在內(nèi)容的期望路徑上將興趣數(shù)據(jù)包路由到持有數(shù)據(jù)的位置，來自執(zhí)行路徑選擇。然而，為了討論的目的，一旦內(nèi)容流從直接連接到網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)或從不同域進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，則由網(wǎng)絡(luò)作出用于將內(nèi)容傳輸?shù)秸?qǐng)求者的基于內(nèi)容的路由決定。

內(nèi)容唯一地(例如，在ICN中，通過名字)與它的標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)，并且內(nèi)容尺寸也與該標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)。任何常規(guī)的機(jī)制可以用來創(chuàng)建內(nèi)容名字到它的尺寸的映射。

更正式地，考慮網(wǎng)絡(luò)圖G＝(N，E)，其中N為節(jié)點(diǎn)的集合并且E為鏈路的集合。每個(gè)單獨(dú)鏈路e具有容量c_e。在頂點(diǎn)(源)s進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)且在頂點(diǎn)(目的地)d離開的每個(gè)內(nèi)容(或流)z_s，d可以從K_s，d個(gè)不同路徑的集合中選擇路徑P^k_s，d(P^k_s，d，k＝1；：：：；K_s，d)，其中路徑是從u到v的鏈路E的集合中的鏈路e的非循環(huán)序列。如果鏈路e屬于對(duì)于一些s，d，k的路徑P^k_s，d，則我們說e∈P^k_s，d，將K_s，d假設(shè)為相對(duì)較低，以簡化分配決定以及管理復(fù)雜性。在示例性評(píng)估中，K_s，d的范圍從3到5。

根據(jù)傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)模型，盡管本發(fā)明適用于任何類型的流量，但為了測試目的根據(jù)泊松過程使用速率λ_s，d生成從s到d的流量流。由于每個(gè)流對(duì)應(yīng)于一段內(nèi)容并且由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)容尺寸進(jìn)行訪問，因此一旦流z到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)就對(duì)流尺寸(其還由z表示)進(jìn)行訪問。尺寸z可以從已知的分布(可以經(jīng)驗(yàn)地測量的內(nèi)容尺寸的分布的已知分布)中使用平均值來獲取。將對(duì)于流z的網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間定義為在網(wǎng)絡(luò)的入口處的z的第一組塊的第一到達(dá)與直到在網(wǎng)絡(luò)的出口處的流z的最后組塊的最后離開之間的時(shí)間。

將在到達(dá)速率λ_s，d下的流量的數(shù)量和z的分布假設(shè)為穩(wěn)定的并且可以按照如下方式被分配到路徑P^k_s，d，所述方式為：被分配到每個(gè)鏈路e的負(fù)載(平均上)小于該鏈路的容量。換句話說，存在其中0≤π^k_s，d≤1并且∑_kπ^k_s，dπ＝1的系數(shù)ππ^k_s，d，1；：：：；K_s，d，以便鏈路e的鏈路利用率ue滿足下面的可行性條件：

應(yīng)注意的是矩陣對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的流量矩陣，并且π^k_s，d對(duì)應(yīng)于靜態(tài)流量工程決定。例如，可能的流量工程策略可以使用概率π^k_s，d將從s到達(dá)至d的流隨機(jī)分離在K_s，d個(gè)可能路徑p^k_s，d上。術(shù)語minMLU表示隨機(jī)分離策略，其中系數(shù)π^k_s，d的選擇最小化max_e∈E u_e。這是最小化最大鏈路利用率的典型的min-MLU流量工程策略。

一個(gè)重要的方面在于僅修改了通過網(wǎng)絡(luò)的對(duì)象的路徑，而不修改提供到網(wǎng)絡(luò)的流量的數(shù)量。因此，如果存在對(duì)于等式1的解決方案，則網(wǎng)絡(luò)將是穩(wěn)定的(即，能夠傳輸所有的流量)，并且使網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定的所有策略的鏈路利用率將是相同的。本發(fā)明的目的不在于提高鏈路利用率，而在于減少傳輸流(或相等地，通過小定理，在任何給定的時(shí)間進(jìn)行中的流的數(shù)量)的延遲。

另一關(guān)鍵方面在于在給定時(shí)間考慮流的數(shù)量。對(duì)于極大數(shù)量的流，根據(jù)系數(shù)π_ssd^k的流的概率分離將產(chǎn)生通過中心極限定理收斂到等式1的結(jié)果。這意味著在這種情況下的鏈路利用率將接近于最佳。進(jìn)一步地，對(duì)于非常大數(shù)量的流，資源分配需要保持簡單以跟上速度。然而，對(duì)于較小規(guī)模并且在重尾流尺寸分布的情況下，概率資源分配將具有更糟糕的結(jié)果(將顯示在下面的評(píng)估中)。

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)缺乏使該設(shè)想成為可能的能力。由于與不存在比給定超時(shí)長的干擾的IP頭濾波器相匹配的數(shù)據(jù)包的序列可以包含多個(gè)不同的內(nèi)容、應(yīng)用或甚至用戶，因此IP流難以適當(dāng)?shù)囟x。細(xì)粒度資源分配創(chuàng)造了對(duì)于底層網(wǎng)絡(luò)以及用于提供分配的機(jī)制的大量要求。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槿狈m當(dāng)?shù)墓ぞ咭约疤崛《恢С诌@種機(jī)制。為執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)中的資源分配而考慮了4種要求，即基于內(nèi)容的提取、基于內(nèi)容的控制面、流量估計(jì)以及可擴(kuò)展性。

對(duì)于基于內(nèi)容的提取，為了執(zhí)行細(xì)粒度資源分配，網(wǎng)絡(luò)層需要能夠唯一地識(shí)別每個(gè)流并且能夠區(qū)別不同的內(nèi)容和用戶。當(dāng)前的IP架構(gòu)已經(jīng)向著執(zhí)行每個(gè)流決定的控制面方向演進(jìn)。由于新的流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)用通過控制器設(shè)置的規(guī)則。由于期望實(shí)現(xiàn)內(nèi)容特定的流量工程，因此可以將這種機(jī)制擴(kuò)展為應(yīng)用到內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)的控制面擴(kuò)展到邊緣并且能夠?yàn)槊慷蝺?nèi)容(或它的子集)作出一次路由決定。決定可以是如在入口邊緣分配標(biāo)簽(諸如MPLS標(biāo)記)那樣簡單，以便流沿著給定路徑通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(fabric)，直到它到達(dá)出口邊緣?？刂泼孢€需要意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的擁塞以作出適當(dāng)?shù)穆窂竭x擇。對(duì)此，利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)施來跟蹤分配到節(jié)點(diǎn)的外向鏈路的流量的數(shù)量。換句話說，當(dāng)將具有尺寸z的流z_s，d分配到第k個(gè)路徑P^k_s，d時(shí)，將z添加到由路徑P^k_s，d穿過的邊緣的待完成量(backlog)。對(duì)于監(jiān)控?fù)砣墓?jié)點(diǎn)，要求對(duì)流以及剩余待完成量的描述。盡管將策略設(shè)計(jì)為考慮通過網(wǎng)絡(luò)的所有流以便減少網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間，仍可以實(shí)施忽略某一閾值下的所有流并且對(duì)于資源分配聚焦到僅識(shí)別象型流的策略。根據(jù)分配到路徑的流的知識(shí)，流量分配機(jī)制能夠獲得轉(zhuǎn)發(fā)面的一些行為。

為了流量估計(jì)，控制面需要意識(shí)到在給定流條件下的轉(zhuǎn)發(fā)面的行為。TCP是使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)行為(例如，對(duì)擁塞的反應(yīng))視端點(diǎn)處的策略而定的端到端協(xié)議。為了適當(dāng)?shù)胤峙滟Y源，將控制面設(shè)計(jì)為理解它的決定對(duì)于流的影響并且設(shè)計(jì)為具有TCP行為的模型(基于先前觀察的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的理論模型或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。對(duì)此的一個(gè)潛在方式是讓控制面控制該TCP行為。這違反了當(dāng)前的方式，在當(dāng)前的方式中將傳輸層的控制委托給了傳輸?shù)亩它c(diǎn)。

任何資源分配策略必須隨著網(wǎng)絡(luò)的尺寸按比例增加。對(duì)于大的規(guī)模，概率方法將接近最優(yōu)?？梢詫?shí)施2層策略，即在核心中的概率minMLU機(jī)制和在邊緣的動(dòng)態(tài)分配。該2層策略提供了處理不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

圖1顯示了實(shí)施滿足上述要求的基于內(nèi)容的流量分配機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)100中的元素。網(wǎng)絡(luò)100使用為內(nèi)容命名的ICN協(xié)議，以便內(nèi)容對(duì)象由它的名字唯一地識(shí)別。中心控制器102在網(wǎng)絡(luò)100的邊緣處物理地或邏輯地作出基于內(nèi)容的決定。邊緣實(shí)體通常是連接到控制器102的一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104。

控制器102包括內(nèi)容管理單元106、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108以及分配算法單元110，以便用于通過在網(wǎng)絡(luò)100中的節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104處設(shè)置規(guī)則或通過為預(yù)計(jì)算路徑分配標(biāo)記從而為內(nèi)容對(duì)象選擇通過網(wǎng)絡(luò)100的路徑?？梢詫⒖刂破?02實(shí)施為OpenFlow的擴(kuò)展。內(nèi)容名字到其尺寸的映射是直接簡單的。

內(nèi)容管理單元106將內(nèi)容映射到網(wǎng)絡(luò)100的緩存中的位置或映射到網(wǎng)絡(luò)100外的出口路徑，監(jiān)控諸如識(shí)別內(nèi)容尺寸的內(nèi)容信息，并且保存內(nèi)容到其尺寸的映射的數(shù)據(jù)庫。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108通過針對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)輪詢節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104，通過從輸入以及預(yù)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)演變或上述兩者的組合估計(jì)狀態(tài)，維持對(duì)于網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)的狀態(tài)的觀察。

分配算法單元110基于內(nèi)容管理單元106和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108的輸入，決定對(duì)于(源，目的)對(duì)來說哪個(gè)候選路徑將提供最好的網(wǎng)絡(luò)性能。

圖2顯示了用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)100中提供的路徑選擇的簡化過程200。過程200開始于框202，其中網(wǎng)絡(luò)正運(yùn)行且等待將被接收的新的流。一旦接收了新的流的內(nèi)容，入口節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104就在框204執(zhí)行用于發(fā)現(xiàn)控制器102的查找操作并且啟動(dòng)新的流的配置。在框206，內(nèi)容管理單元106識(shí)別網(wǎng)絡(luò)100中的目的地端節(jié)點(diǎn)104，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108確定初始帶寬和待完成量，并且分配算法單元110計(jì)算候選路徑。對(duì)于每個(gè)候選路徑，在框208、210和212中通過分配算法單元110針對(duì)特定路徑計(jì)算現(xiàn)有流的響應(yīng)時(shí)間。盡管在執(zhí)行這些計(jì)算時(shí)，可以包括任何數(shù)量的候選路徑，使用待評(píng)估的3個(gè)候選路徑來顯示過程200。在框214，分配算法單元110選擇具有最低總完成時(shí)間的路徑。在框216，將路徑?jīng)Q定提供給入口節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104。在框218，入口節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104在所選路徑上傳輸內(nèi)容。處理200返回到框202以等待接收新的流。

圖3顯示了由分配算法單元110執(zhí)行的對(duì)于特定候選路徑的簡化過程300。在框302，過程300開始，其中分配算法單元110使用現(xiàn)有流、相關(guān)路徑、帶寬分配以及待完成量。在框304，分配算法單元110接收對(duì)于所有現(xiàn)有流的帶寬分配。在框306，處理每個(gè)流直到流已經(jīng)完成為止。一旦流完成，更新響應(yīng)時(shí)間和剩余流的待完成量。在框308，判斷總剩余待完成量是否已經(jīng)達(dá)到零。如果否，則過程300返回到框302以迭代剩余流。一旦將所有的待完成量處理到零，在框310計(jì)算總響應(yīng)時(shí)間以便于圖2中框214處的其他候選路徑的其他總響應(yīng)時(shí)間的比較。

過程300中提供的最小響應(yīng)時(shí)間策略(MRTP)基于下述參數(shù)和函數(shù)。參數(shù)z_i表示網(wǎng)絡(luò)中待傳輸?shù)牡趇個(gè)內(nèi)容以及它的以字節(jié)為單位的尺寸。對(duì)于從源s∈所有源S到目的地d∈所有目的地D的每個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)內(nèi)容傳輸，待完成量函數(shù)B_zi(t)與表示由內(nèi)容z_i從s到d處于時(shí)間t生成的待完成量的每個(gè)內(nèi)容傳輸相關(guān)聯(lián)。讓t_zi作為內(nèi)容z_i的到達(dá)時(shí)間，于是B_zi(t)作為t的非增函數(shù)，t∈[t_zi，+_∞)，t從內(nèi)容尺寸z_i減小到0。例如，如果考慮使用鏈路的全容量c的流，則可以如下所示的給出B_zi(t)：

B_zi(t)＝[z_i-c(t-t_zi)]⁺ (2)

其中[g]⁺＝max{g，0}?？偟膩碚f，由于流交互的動(dòng)態(tài)以及傳輸協(xié)議(例如，TCP)的動(dòng)態(tài)，通過從原始內(nèi)容尺寸中減去已經(jīng)穿過鏈路的內(nèi)容的體積來計(jì)算在每個(gè)鏈路的B_zi(t)是容易的。B_zi(t)對(duì)應(yīng)于流z_i未完成的、剩余的數(shù)量。要注意的是該待完成量不在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，而是與對(duì)于特定對(duì)象還沒有通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)應(yīng)。

帶寬共享函數(shù)在每單位時(shí)間將f(z_i)單位的帶寬分配給對(duì)象z_i。例如，如果TCP是傳輸協(xié)議，則可以將f(z_i)看作通過攜帶z_i的TCP會(huì)話實(shí)現(xiàn)的速率。

對(duì)于所有的i＝1；：：：；n-1(其中，第n個(gè)到達(dá)待被安排)給出f和B(z_i)，可以估計(jì)對(duì)于所有內(nèi)容傳輸?shù)耐瓿蓵r(shí)間。這是一種觀察下一內(nèi)容對(duì)象(即，對(duì)象i)直至結(jié)束的迭代過程，以便對(duì)于所有的i＝1；：：：；n-1來說，B(z_j)/f(z_j)≤B(z_i)/f(z_i)。一旦z_i完成，我們就具有不同集合的對(duì)象(其中B(z_i)＞0的所有對(duì)象減去z_j)。對(duì)所有的對(duì)象執(zhí)行迭代，以便B(z_i)＞0從而計(jì)算每個(gè)對(duì)象的完成時(shí)間。參數(shù)Tv(z_i)表示在分配集合V下的z_i的完成時(shí)間，所述分配集合V描述了對(duì)象z₁；：：：；z_n-1的路徑分配。

對(duì)于到達(dá)zn，存在可以分配z_n的源s與目的地d之間的所有路徑K_s，d的子集P_s，d。識(shí)別子集P_s，d＝{P^k_s，d，k＝1；：：：；K_s，d}的示例性技術(shù)是使用Yen的k最短路徑算法的輸出，所述算法被改進(jìn)以增加路徑的多樣性，從而獲取將從其中作出選擇的K_s，d最短路徑的集合。K表示候選路徑子集的基數(shù)，并且V_Pi，i＝1；：：：；k表示描述當(dāng)前分配加上z_n到第i條路徑P_i∈P_s，d的潛在分配的分配集合。例如，V_P1是具有待完成量B(z_i)的z₁；：：：；z_n-1到它們的當(dāng)前路徑的分配以及具有待完成量L或在該情況下，對(duì)象尺寸)B(z_n)的z_n到P_s，d中的第一路徑的分配。選擇路徑P∈P_s，d以便：

即，具有系統(tǒng)中的所有對(duì)象的最小總完成時(shí)間的路徑。

用于源于節(jié)點(diǎn)a且去往節(jié)點(diǎn)b的進(jìn)入內(nèi)容z_n的路徑選擇的最小響應(yīng)時(shí)間策略(MRTP)可以總結(jié)如下。對(duì)于每個(gè)(s，d)流量需求對(duì)的每個(gè)候選路徑P_s，d以及正被傳遞的每個(gè)內(nèi)容z_i的B(z_i)(t)，其中i＝1，...，n-1，B(z_i)(t)＞0，從候選路徑選擇一個(gè)路徑P∈P_a，b，1≤i≤K_a，b且通過V-＞V+z_n→P將其插入到分配集合。給出帶寬函數(shù)f(z_i)以及剩余的待完成量B(z_i)，計(jì)算每個(gè)流的期望響應(yīng)時(shí)間T_V(z_i)。發(fā)現(xiàn)檢查時(shí)間t_check，其是由t_check＝min_iT_V(z_i)發(fā)現(xiàn)的最小期望響應(yīng)時(shí)間。通過B(z_i)＝(B(z_i)-t_check xf(z_i))⁺更新在時(shí)間t_check每個(gè)流的待完成量。如果所有的流沒有被完全傳送，則遞歸返回且計(jì)算在檢查點(diǎn)之后未終止流的響應(yīng)時(shí)間。通過T_v(z_i)＝T_v(z_i)+t_check更新流的響應(yīng)時(shí)間，其中T_V(z_i)是對(duì)于候選分配V的流z_i的合計(jì)響應(yīng)時(shí)間。如果所有的流被完全傳送了，則計(jì)算所有流的總響應(yīng)時(shí)間為迭代地返回并且選擇下一候選路徑，直到所有候選路徑被連續(xù)選擇為止。根據(jù)每個(gè)候選路徑場景Tv的總響應(yīng)時(shí)間，選擇將給出最小總響應(yīng)時(shí)間的一個(gè)。將該路徑加入到路徑的現(xiàn)有集合中并且在所選路徑上傳送進(jìn)入內(nèi)容z_n。

最小響應(yīng)時(shí)間策略(MRTP)要求待完成量B(z_i)以及帶寬共享函數(shù)f(z_i)的知識(shí)?？梢栽谶吘壧幈O(jiān)控待完成量或者如果函數(shù)f(z_i)在所有時(shí)間是被知道的，則可以計(jì)算該待完成量?？梢詮膫鬏攲拥哪Ｐ突驈木W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的經(jīng)驗(yàn)測量估計(jì)函數(shù)f(z_i)、Vi。然而，為了實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)，由控制器在寬帶分配時(shí)設(shè)置函數(shù)f(z_i)，以便公平地共享帶寬并且最小化完成時(shí)間。因?yàn)閺木W(wǎng)絡(luò)邊緣到客戶的帶寬由于用戶的移動(dòng)性以及異構(gòu)訪問條件會(huì)變化，所以這種帶寬分配僅在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是可實(shí)用的。然而，在ICN中，這種帶寬共享計(jì)算可被用來將數(shù)據(jù)傳送到在網(wǎng)絡(luò)的邊緣處的緩存。

如下所述，可以由控制器102中的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108來執(zhí)行帶寬共享函數(shù)。對(duì)于所有的鏈路e∈E，計(jì)算共享每個(gè)鏈路的流的數(shù)量p_e。對(duì)于每個(gè)對(duì)象z_i，通過BW_min，zi＝min_e∈Pzic_e/p_e，發(fā)現(xiàn)最小瓶頸帶寬限制。通過BW_bott＝min_i BW_min，zi，發(fā)現(xiàn)所有流中的最小帶寬限制。對(duì)于滿足BW_min，zi＝BW_bott的任何流，將BW_bott帶寬分配給該流。在帶寬分配后，更新鏈路容量并且從列表去除已分配的流。如果仍然存在等待帶寬分配的流，則帶寬共享函數(shù)返回并且為每個(gè)待定流迭代。一旦處理了所有的流，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108將帶寬分配提供到分配算法單元110用于路徑選擇。

可以使用Java模擬器估計(jì)提出的MRTP針對(duì)minMLU、MBP以及循環(huán)格式(RRF)的響應(yīng)時(shí)間性能。可以在K.Su和C.Westphal的“On the benefit of information centric networks for traffic engineering”，IEEE ICC會(huì)議，2014年6月發(fā)現(xiàn)minMLU和MBP的技術(shù)細(xì)節(jié)。在循環(huán)格式中，每個(gè)源-目的地對(duì)具有一K_s，d路徑的集合。每次新的流進(jìn)入到這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)，以循環(huán)格式選擇這些路徑。對(duì)于每個(gè)模擬設(shè)置，在兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)和幾個(gè)不同的流量模型和參數(shù)，執(zhí)行提出的MRTP與常規(guī)分配技術(shù)之間的評(píng)估。在下列評(píng)估中使用帶寬共享函數(shù)，由于使用該帶寬共享的minMLU的性能總是好于使用TCP的minMLU的性能分配。因此，通過比較MRTP算法與minMLU和該帶寬共享，對(duì)minMLU和TCP而言，MRTP的增益被低估。

圖4描述了在評(píng)估中使用的第一網(wǎng)絡(luò)類型。該第一網(wǎng)絡(luò)類型是具有11個(gè)節(jié)點(diǎn)和14個(gè)邊緣的阿比林(Abilene)(WAN)網(wǎng)絡(luò)，是由Intemet2團(tuán)隊(duì)建立的骨干網(wǎng)。除了印第安納波利斯和亞特蘭大中的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的容量為2480Mbps以外，每個(gè)鏈路的容量為9920Mbps。基于由B.Fortz和M.Thorup的“Internet traffic engineering by optimizing OSPF weights”，INFOCOM 2000，Nineteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies，Proceedings，IEEE，volume 2，pages 519-528 vol.2，2000給出的OSPF鏈路權(quán)重和Yen的算法來計(jì)算每個(gè)源-目的地節(jié)點(diǎn)對(duì)的三個(gè)候選路徑。不同的流量需求矩陣用于表征流量輸入。它們是均勻的基于重力的，且是來自Y.Zhang，Abilene traffic matrices，http：//www.cs.utexas.edu/yzhang/research/AbileneTM/的現(xiàn)實(shí)模型。在5分鐘的周期內(nèi)，通過測量阿比林網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)源-目的地對(duì)的端到端流量來建造現(xiàn)實(shí)矩陣。針對(duì)對(duì)象尺寸和到達(dá)時(shí)間分別通過使用帕累托分布和泊松過程來創(chuàng)建流量輸入。帕累托參數(shù)χ_m和α以及柏松參數(shù)λ在不同的模擬中變化以測量各種流量情況下的性能。

圖5描述了在評(píng)估中使用的第二網(wǎng)絡(luò)類型。第二網(wǎng)絡(luò)類型是包括8個(gè)機(jī)架交換機(jī)和3個(gè)核心交換機(jī)的數(shù)據(jù)中心(DC)網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)成了組合的11個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)是完全雙向連接的，這意味著在每個(gè)機(jī)架與核心交換機(jī)之間存在一條鏈路。將統(tǒng)一的流量需求矩陣假設(shè)在DC網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)機(jī)架交換機(jī)之間。在每個(gè)機(jī)架交換機(jī)對(duì)之間存在3個(gè)不相交且等價(jià)的路徑。這些路徑具有越過核心交換機(jī)中的一個(gè)核心交換機(jī)的2跳的長度。

如上所述，使用網(wǎng)絡(luò)模擬器或Java模擬器。在兩個(gè)模擬器中，目標(biāo)是測量流量輸入的集合的平均響應(yīng)時(shí)間并且比較不同算法的結(jié)果。內(nèi)容的響應(yīng)時(shí)間是對(duì)于內(nèi)容的最后數(shù)據(jù)包的確認(rèn)的到達(dá)與第一數(shù)據(jù)包到達(dá)之間的差值。

圖6顯示了基于流量需求在阿比林(Abilene)(WAN)網(wǎng)絡(luò)中使用第一Java模擬場景的對(duì)于MRTP和minMLU的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果，從Y.Zhang，Abilene traffic matrices，http：//www.cs.utexas.edu/yzhang/research/AbileneTM/中獲取所述流量需求。為了創(chuàng)造不同的流量輸入，應(yīng)用對(duì)于χ_m的3個(gè)不同值3、30和300。對(duì)于χ_m＝300，流到達(dá)速率(λ)在12和18之間變化，對(duì)于χ_m＝30，流到達(dá)速率(λ)在120和180之間變化，并且對(duì)于χ_m＝3，流到達(dá)速率(λ)在1200和1800之間變化。使用如下公式計(jì)算流量負(fù)載：

其對(duì)應(yīng)于在具有該特定值的60％鏈路利用率與100％鏈路利用率之間。使用25084Mbps的流量負(fù)載滿足對(duì)于該流量矩陣的該網(wǎng)絡(luò)中的100％的鏈路利用率。注意在χ_m＝30以及χ_m＝3情況下的響應(yīng)時(shí)間測量按10和100進(jìn)行調(diào)整以將所有的3個(gè)模擬場景納入在相同的圖中。與minMLU相比，MRTP減少了大約40％的平均響應(yīng)時(shí)間。

圖7顯示了在阿比林(Abilene)(WAN)網(wǎng)絡(luò)中使用第二Java模擬的對(duì)于MRTP和minMLU的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果，其具有基于重力的流量需求。在該模型下，它要求65140Mbps的流量負(fù)載以實(shí)現(xiàn)100％的鏈路使用率，因此更新到達(dá)速率參數(shù)λ以實(shí)現(xiàn)60％和100％的鏈路使用率之間的鏈路使用率。對(duì)于χ_m＝3，將參數(shù)λ設(shè)置在3000和4800之間，對(duì)于χ_m＝30，將參數(shù)λ設(shè)置在300和480之間，對(duì)于χ_m＝300，將參數(shù)λ設(shè)置在30和48之間。注意，如前，在χ_m＝30以及χ_m＝3情況下的響應(yīng)時(shí)間測量按10和100進(jìn)行調(diào)整以將所有的3個(gè)模擬場景納入在相同的圖中。與minMLU相比，模擬結(jié)果顯示MRTP減少了大約30％的響應(yīng)時(shí)間。

圖8和圖9顯示了在具有統(tǒng)一流量需求矩陣的DC網(wǎng)絡(luò)中使用Java模擬的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果。除了MRTP和minMLU，在模擬中還包括MBP和RRF。如在WAN模擬中，安排流量輸入?yún)?shù)以便他們對(duì)應(yīng)在60％至100％的鏈路使用率之間。在統(tǒng)一流量模型下，DC網(wǎng)絡(luò)要求229151Mbps的流量負(fù)載以實(shí)現(xiàn)100％的鏈路使用率。對(duì)于λ＝15，將χ_m設(shè)置在2000至3250之間，對(duì)于λ＝1500，將χ_m設(shè)置在20至32.5之間。圖8顯示了在λ＝15的情況下對(duì)于流量輸入的4種不同技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算。圖9顯示了在入＝1500的情況下對(duì)于流量輸入的4種不同技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算。在兩幅圖中，MRTP明顯優(yōu)于其他技術(shù)。它相比于minMLU和RRF減少了大約40％至45％的響應(yīng)時(shí)間。在低利用率狀態(tài)下，MBP策略表現(xiàn)第二好，但是在高利用率狀態(tài)下，它的性能衰退。

圖10顯示了使用Java模擬場景的對(duì)于MRTP和minMLU的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果以觀察帶寬分配策略對(duì)于響應(yīng)時(shí)間減少的效果。對(duì)于Java模擬，將分配給任何流的最大帶寬設(shè)置為1000Mbps?；诹髁啃枨髣?chuàng)建流量輸入，所述流量需求從Y.Zhang，Abilene traffic matrices，http：//www.cs.utexas.edu/yzhang/research/AbileneTM/中獲取。將λ參數(shù)設(shè)置為10、100以及1000并且將χ_m值相應(yīng)地設(shè)置以實(shí)現(xiàn)60％至100％之間的鏈路利用率。從響應(yīng)時(shí)間結(jié)果中清楚的是當(dāng)存在對(duì)于帶寬的限制時(shí)，MRTP的益處下降。因此，通過控制器執(zhí)行的帶寬分配產(chǎn)生了改進(jìn)的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果。

如上所示，使用稍微高成本的控制器內(nèi)復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)時(shí)間的顯著增益。然而，細(xì)粒度資源分配的增益和有效性要比控制器內(nèi)為了實(shí)施本文所述特征的復(fù)雜性的任何附加成本更有價(jià)值。

由于所有新的對(duì)象均調(diào)用控制器，因此可以提高該方法的可擴(kuò)展性。例如，使用閾值以僅監(jiān)控象型流會(huì)減少調(diào)度決策的數(shù)量?？梢月┑舴峙涠塘鳎粫?huì)有重大的損失。

該算法測量總響應(yīng)時(shí)間，但是其可以被修改為包括其他的目標(biāo)。例如，一個(gè)目標(biāo)可以是通過流的尺寸標(biāo)準(zhǔn)化響應(yīng)時(shí)間以便不損失短流。其他的性能目標(biāo)可以針對(duì)路徑選擇而計(jì)算。

還可以優(yōu)化帶寬估計(jì)機(jī)制。例如，對(duì)于在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)方法可以允許網(wǎng)絡(luò)控制器基于先前運(yùn)行訪問特定流的性能。適當(dāng)?shù)馁Y源分配還應(yīng)該分配帶寬，并且傳輸層演進(jìn)成支持該帶寬分配。

圖11示出了適合實(shí)現(xiàn)本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的通用計(jì)算機(jī)組件1100的簡化示例。對(duì)于控制器102和節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104的上述組件可以在諸如計(jì)算機(jī)的任何通用計(jì)算組件或具有充足處理能力、存儲(chǔ)器資源以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量能力以處理在其上放置的必要工作量的網(wǎng)絡(luò)組件上實(shí)現(xiàn)。此外，內(nèi)容管理單元106、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108以及分配算法單元110的特征可以在一個(gè)或多個(gè)諸如計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算組件上或具有充足處理能力、存儲(chǔ)器資源以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量能力以處理在其上放置的必要工作量的網(wǎng)絡(luò)組件上實(shí)現(xiàn)。計(jì)算組件1100包括與存儲(chǔ)設(shè)備、輸入/輸出(I/O)設(shè)備1110以及網(wǎng)絡(luò)/組件連接設(shè)備1112通信的處理器1102(其可以被稱為中央處理器或CPU)，所述存儲(chǔ)設(shè)備包括輔助存儲(chǔ)器1104、只讀存儲(chǔ)器(ROM)1106、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1108。處理器1102可以作為一個(gè)或多個(gè)CPU芯片實(shí)現(xiàn)，或可以作為一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)的部分。

輔助存儲(chǔ)器1104典型地包括一個(gè)或多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器或磁帶驅(qū)動(dòng)器，并且用于數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)，并且如果RAM 1108不夠大以至于無法容納所有工作數(shù)據(jù)，則用作溢出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。輔助存儲(chǔ)器1104可以用于存儲(chǔ)程序，當(dāng)選擇執(zhí)行該程序時(shí)，所述程序被加載到RAM 1108中。ROM 1106用于存儲(chǔ)指令并且可能存儲(chǔ)在程序執(zhí)行期間讀取的數(shù)據(jù)。ROM 1106是通常具有相對(duì)于輔助存儲(chǔ)器1104的較大存儲(chǔ)器容量來說小的存儲(chǔ)器容量的非易失性存儲(chǔ)器。RAM 1108用于存儲(chǔ)易失性數(shù)據(jù)并且可能存儲(chǔ)指令。存取ROM 1106和RAM 1108兩者通常比存取輔助存儲(chǔ)器1104更快。附加處理器和存儲(chǔ)設(shè)備可以基于每個(gè)組件的功能并入控制器102、節(jié)點(diǎn)/交換機(jī)104、內(nèi)容管理單元106、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元108和分配算法單元110內(nèi)。

總的來說，流量工程架構(gòu)和分配算法被呈現(xiàn)為利用信息中心網(wǎng)絡(luò)的提取以執(zhí)行在內(nèi)容水平上的細(xì)粒度資源分配。不同于IP，ICN提供了適當(dāng)?shù)奶崛∫栽黾泳W(wǎng)絡(luò)資源的效率并且減少了網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間。ICN提供了通過允許以內(nèi)容的粒度進(jìn)行資源調(diào)度來重思考流量工程的機(jī)會(huì)。用于執(zhí)行基于內(nèi)容的資源分配的結(jié)構(gòu)包括通過考慮傳輸內(nèi)容對(duì)象所花費(fèi)的時(shí)間并且通過關(guān)于最小化與其他內(nèi)容對(duì)象的傳輸相關(guān)的傳輸時(shí)間而優(yōu)化分配，將內(nèi)容對(duì)象分配到網(wǎng)絡(luò)中的路徑。

控制器可以計(jì)算候選路徑集合的估計(jì)的響應(yīng)時(shí)間并且甚至相對(duì)小的這種候選路徑的集合可以在響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生顯著增益?？刂破骱喜⒘髁糠峙涞铰窂綇亩钚』W(wǎng)絡(luò)中的流的總響應(yīng)時(shí)間的MRTP策略。這基于對(duì)于每個(gè)流的帶寬的估計(jì)，這可以通過控制器估計(jì)或控制。通過控制器的帶寬控制提供了分配資源的有效方式并且實(shí)施帶寬共享函數(shù)以實(shí)現(xiàn)公平以及性能的目標(biāo)。

與先前的提議相比，利用所述架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)時(shí)間的顯著增益，所述架構(gòu)包括最小化最大鏈路利用率(minMLU)的流量工程策略。在多網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约熬W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下估計(jì)的MRTP顯著地增加了對(duì)于大范圍網(wǎng)絡(luò)利用率以及對(duì)于不同流量尺寸分布的網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間。在一些評(píng)估場景中，在所有的情況下實(shí)現(xiàn)了減少延遲，相比minMLU，響應(yīng)時(shí)間得到了多達(dá)50％的改進(jìn)。

在一些實(shí)施例中，通過計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤┗蛑С忠粋€(gè)或多個(gè)設(shè)備的一些或所有的功能或處理，由計(jì)算機(jī)可讀程序代碼形成所述計(jì)算機(jī)程序并且所述計(jì)算機(jī)程序包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。短語“代碼”包括任何類型的計(jì)算機(jī)代碼，包括源代碼、標(biāo)代碼和可執(zhí)行代碼。短語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”包括能夠被計(jì)算機(jī)訪問的任何類型的介質(zhì)，諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤(CD)、數(shù)字視頻光盤(DVD)，或者任何其他類型的存儲(chǔ)器。

闡述貫穿本專利文檔使用的特定詞語和短語的定義會(huì)是有利的。術(shù)語“包括”和“包含”以及它們的衍生詞意味著包括而不限于。術(shù)語“或”是包括的，意味著和/或?！跋嚓P(guān)聯(lián)”和“與其相關(guān)聯(lián)”以及其衍生詞意味著包括、被包括在內(nèi)、互連于、包含、被包含在內(nèi)、連接到或于、耦合到或于、通信于、合作與，交織、并列、接近于、綁定到或于，具有，具有特性等。

雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了某些實(shí)施例以及一般相關(guān)的方法，然而這些實(shí)施例和方法的變化以及置換對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的并且是可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員易于辨別的。因此，示例實(shí)施例的上述說明不定義或限制本發(fā)明。在不偏離由隨附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下，其他的改變、替換以及變化也是可能的。