[发明专利]命名数据网转发平面PIT存储结构及其数据检索方法

说明书

本发明公开了一种命名数据网转发平面PIT存储结构，包括一个片内存储单元和一个片外存储单元；片内存储单元中具有一个可定位型布隆滤波器MBF，该MBF包含有一个BF和一个MA定位数组，BF用于判断要检索的数据名称是否在插入数据之后的PIT存储结构中，MA定位数组是与BF具有映射关系的比特数组，用于判断要检索的数据名称在字节数组Bitmap中的位置；片外存储单元具有一个字节数组Bitmap、一个CBF以及多个PacketStore，字节数组Bitmap用于存储要检索的数据名称所对应的地址偏移量，CBF与其他结构配合实现数据的插入和删除，Packet Store用于实现数据转发信息的存储。该结构可以实现快速数据检索，并可以极大降低存储消耗。

技术领域

本发明属于高性能路由器结构设计领域，特别针对命名数据网(Named DataNetworking)转发平面中高性能PIT的数据名称检索问题。

背景技术

近年来，互联网规模呈现爆发性增长的趋势，AR/VR高清视频以及AI技术不断发展，使用户不再满足于传统的点到点通信方式，而是希望可以广泛分发、共享数据信息。然而基于传统TCP/IP技术的互联网通信模型逐渐暴露出IP地址空间耗尽、移动性差、安全性低等弊端，使得无法满足用户对于低延时数据传输、高质量通信的要求。为了应对TCP/IP网络的不足，一种新型未来网络架构命名数据网被提出，并得到快速发展。

与传统的TCP/IP网络不同，命名数据网使用面向数据内容的通信方式，以内容名称代替IP地址，不再关心内容存储在哪里，而仅关心内容本身。命名数据网通过在网络节点部署缓冲存储器，极大地提高了网络资源的共享率，降低了网络负载，提升了数据传输的性能。

为了实现命名数据网这一新型互联网架构，其转发平面需要部署一个全新的高效PIT存储结构，以支持更高速的数据处理操作，以及减少存储消耗。其中，无论兴趣包还是数据包到达转发平面后，都需要对PIT进行检索，因此PIT要求极高的处理速度；其次，考虑到PIT存储的数据数量可达百万级别，数据的转发信息将会消耗大量的存储空间，因此PIT需要最大化降低存储消耗，并充分考虑当前的硬件存储器技术水平以实现部署。然而，目前常用的基于Name Component Encoding(名称组件编码)方法、Hash(哈希)方法、Bloom filter(布隆滤波器)技术的PIT存储结构，都不能完全满足上述需求。

发明内容

针对现有技术，本发明提供了命名数据网转发平面PIT存储结构及其数据检索方法，其中设计了一种针对命名数据网转发平面特点的新型PIT存储结构，该结构可以实现快速数据检索操作，极大降低存储消耗，并可以部署于当前硬件环境下。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种命名数据网转发平面PIT存储结构及其数据检索方法，包括：命名数据网转发平面PIT存储结构的设计、在所述PIT存储结构中插入数据、对插入数据之后的PIT存储结构进行数据检索或删除；具体步骤如下：

步骤一、设计命名数据网转发平面PIT存储结构：命名数据网转发平面PIT存储结构包括一个片内存储单元和一个片外存储单元；其中，所述片内存储单元中具有一个可定位型布隆滤波器MBF，所述可定位型布隆滤波器MBF由一个通用型布隆滤波器和一个定位数组组成，其中，所述通用型布隆滤波器用于判断要检索的数据名称是否在所述插入数据之后的PIT存储结构中，所述定位数组是与所述通用型布隆滤波器具有映射关系的比特数组，用于判断要检索的数据名称在字节数组Bitmap中的位置；所述片外存储单元具有一个字节数组Bitmap、一个计数布隆滤波器CBF以及多个动态存储器，所述字节数组Bitmap用于存储要检索的数据名称所对应的地址偏移量，所述计数布隆滤波器CBF用于实现数据的插入，所述计数布隆滤波器CBF与通用型布隆滤波器实现数据的删除，所述动态存储器用于实现数据转发信息的存储；

步骤二、在步骤一所设计的命名数据网转发平面PIT存储结构中插入数据，每插入一个数据的过程包括：