命名數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

顧艷春，楊吉淵

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣東佛山528000）

1 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)簡(jiǎn)介

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是TCP/IP協(xié)議，而TCP/IP協(xié)議以IP為中心，面向端到端連接，難以滿足日漸增長(zhǎng)的以內(nèi)容為中心的需求［1］。為此，人們提出了若干以內(nèi)容為中心的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中又以命名數(shù)據(jù)網(wǎng)（Named Data Networking,NDN）［2］及其前身內(nèi)容中心網(wǎng)（Content Centric Networking,CCN）［1］和后繼者信息中心網(wǎng)（Information Centric Networking,ICN）［3］為主要代表。最初，Jocobson 等［1］提出 CCN 架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由IP為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詢?nèi)容為中心；后來(lái)，Zhang等［2］得到美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金資助，以NDN為題開展相關(guān)研究工作并取得大量成果；目前，未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究的主要對(duì)象為ICN，NDN作為ICN的一個(gè)范例［3］。本文以NDN為例，介紹其基本概念和主要特點(diǎn)。

1.1 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)的基本概念

NDN中有兩類角色，分別為消費(fèi)者 （Consumer）和生產(chǎn)者（Producer）；有兩類包，分別為 Interest包和 Data 包；內(nèi)容（Content）均由名字（Name）作為標(biāo)識(shí)。消費(fèi)者若要請(qǐng)求某內(nèi)容，則產(chǎn)生帶有相應(yīng)名字的Interest包，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，到達(dá)存有此內(nèi)容的結(jié)點(diǎn)，此結(jié)點(diǎn)收到Interest包后，沿著此Interest包的反向路徑返回?cái)y帶相應(yīng)名字的Data包。因此，NDN采用的是接收者驅(qū)動(dòng)即拉（Pull）機(jī)制。Interest包和Data包的結(jié)構(gòu)如圖1所示［2］。

圖1 Interest包和Data包結(jié)構(gòu)圖

與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)不同的是，NDN中間結(jié)點(diǎn)即路由器支持緩存（Cache），每個(gè)結(jié)點(diǎn)都維護(hù)三個(gè)模塊，分別是內(nèi)容存儲(chǔ) （Content Store,CS）、待定Interest表 （Pending Interest Table,PIT）、轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)（Forwarding Information Base,FIB）。收到Interest包后，路由器首先檢查CS中是否緩存了相應(yīng)內(nèi)容，如果有則直接回復(fù)Data包，如果沒(méi)有則查找PIT，如果PIT已有相應(yīng)條目，則只記錄收到Interest包的接口而不轉(zhuǎn)發(fā)，如果沒(méi)有則依照FIB和轉(zhuǎn)發(fā)策略轉(zhuǎn)發(fā)，并增加相應(yīng)的PIT條目，或是根據(jù)相關(guān)信息丟棄Interest包。收到Data包后，路由器根據(jù)PIT中相應(yīng)條目的信息轉(zhuǎn)發(fā)，由于此內(nèi)容請(qǐng)求已經(jīng)滿足，轉(zhuǎn)發(fā)后路由器將刪除PIT相應(yīng)條目，并依據(jù)緩存策略和相關(guān)替換機(jī)制決定CS中存儲(chǔ)的內(nèi)容。顯然，名字在NDN轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中占據(jù)著核心地位，通常有層次化和扁平化兩種命名方式，而轉(zhuǎn)發(fā)則基于最長(zhǎng)名字前綴匹配［2］。

1.2 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)的主要特點(diǎn)

NDN主要有如下特點(diǎn)：

（1）以內(nèi)容為中心的去中心化架構(gòu)。Interest包和Data包的結(jié)構(gòu)意味著網(wǎng)內(nèi)的所有動(dòng)作均以其名字為中心，因而不再需要建立類似于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中端到端的連接，也無(wú)需采用集中式架構(gòu)。

（2）以數(shù)據(jù)為中心的安全性。每個(gè)Data包都有簽名，從而在包這一層次確保了數(shù)據(jù)的安全性［2］，應(yīng)用通過(guò)加密和分發(fā)密鑰來(lái)控制其他結(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容的訪問(wèn)權(quán)限。

（3）支持網(wǎng)內(nèi)存儲(chǔ)和Interest包聚合。NDN路由器的CS能夠存儲(chǔ)內(nèi)容，一旦中間結(jié)點(diǎn)能滿足Interest包的請(qǐng)求，則無(wú)需進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)即可直接返回相應(yīng)的Data包；Interest包聚合機(jī)制使中間結(jié)點(diǎn)在相應(yīng)情況下無(wú)需重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)相同的內(nèi)容，這降低了網(wǎng)內(nèi)流量，減輕了內(nèi)容生產(chǎn)者的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)性能。

（4）支持新的路由協(xié)議。NDN支持自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)面，支持多路徑轉(zhuǎn)發(fā)和快速故障恢復(fù)［4］，路由協(xié)議的作用是傳遞初始拓?fù)洹⒉呗孕畔⒓捌溟L(zhǎng)期變化，計(jì)算路由表［5］，因此可采用若干新的路由協(xié)議，如雙曲路由，取得較好效果的同時(shí)減少其開銷［6］。

2 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

NDN相比基于IP的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)點(diǎn)，人們提出了基于NDN的諸多應(yīng)用，可分為語(yǔ)音與視頻、即時(shí)通訊與文件共享、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和其他等類別，以下分別進(jìn)行介紹。

2.1 語(yǔ)音與視頻

語(yǔ)音和視頻應(yīng)用都以內(nèi)容為中心，但傳統(tǒng)方案集中式的特點(diǎn)使得可擴(kuò)展性、健壯性等成為此類應(yīng)用所面臨的較大挑戰(zhàn)。NDN能較好地解決語(yǔ)音和視頻應(yīng)用的需求，同時(shí)具備較好的可擴(kuò)展性和健壯性，而且還具備很強(qiáng)的安全性［7］。

在語(yǔ)音應(yīng)用方面，Jacobson等［7］首先提出NDN前身CCN上的一種典型應(yīng)用，在CCN上部署VoIP服務(wù)，以作為基于內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的范例；將現(xiàn)有的VoIP架構(gòu)映射到CCN，同時(shí)維持安全性、互操作性和性能；映射技術(shù)并非VoIP所特有的，而是可應(yīng)用于任何對(duì)話性互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的一般性轉(zhuǎn)換。將VoIP部署于CCN而非傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有顯著的優(yōu)點(diǎn)：天然支持多點(diǎn)路由；對(duì)內(nèi)容的權(quán)限管理十分簡(jiǎn)便；若干高級(jí)服務(wù)易于部署等。通過(guò)這個(gè)例子，Jacobson等探索了CCN相比傳統(tǒng)會(huì)話性協(xié)議而言更加關(guān)注內(nèi)容這一重要特性。Zhu等［8］設(shè)計(jì)了音頻會(huì)議工具（Audio Conference Tool，ACT），ACT與現(xiàn)有的音頻會(huì)議服務(wù)最大的區(qū)別在于其并非集中式服務(wù)而是通過(guò)命名數(shù)據(jù)的方式，發(fā)現(xiàn)會(huì)議以及演講者，并從演講者直接獲取語(yǔ)音數(shù)據(jù)。得益于NDN的去中心化特點(diǎn)，ACT相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)在可擴(kuò)展性、健壯性和移動(dòng)性等方面都有很大優(yōu)勢(shì)。他們還為ACT設(shè)計(jì)了安全機(jī)制，以抵御一般性威脅。ACT的安全性要求主要有三個(gè)方面：數(shù)據(jù)真實(shí)性、參與控制和匿名。因此，ACT需要一套信任管理機(jī)制，明確會(huì)議組織者和參與者的職責(zé)，才能確保滿足上述要求［9］。

在視頻應(yīng)用方面，Kulinski等［10］提出基于NDN的視頻和音頻流解決方案NDNVideo，充分利用NDN的優(yōu)勢(shì)即網(wǎng)絡(luò)本身能夠緩存經(jīng)常請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，避免了多臺(tái)主機(jī)請(qǐng)求相同的視頻時(shí)，視頻服務(wù)器需要發(fā)送重復(fù)的數(shù)據(jù)包，從而減少了服務(wù)器上的負(fù)載。NDNVideo采用層次化命名方式，支持多種視頻編碼格式，需滿足如下需求：面向多個(gè)消費(fèi)者分發(fā)音頻/視頻流；基于視頻幀在時(shí)間軸上的位置，提供對(duì)視頻流簡(jiǎn)單、低延遲的隨機(jī)訪問(wèn)方法；同步多個(gè)消費(fèi)者的播放；消費(fèi)者無(wú)需建立會(huì)話和協(xié)商；即時(shí)歸檔直播流；在數(shù)據(jù)包中提供內(nèi)容驗(yàn)證和來(lái)源信息。Gusev等［11］則開發(fā)了由接收者驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)（Real-time Streaming Data,RTSD）應(yīng)用，用于視頻會(huì)議系統(tǒng)和位置追蹤系統(tǒng)，同樣要求最小化數(shù)據(jù)檢索的延遲，還要及時(shí)適應(yīng)可用帶寬。RTSD的設(shè)計(jì)方案包括了命名空間的定義、最小化延遲、緩沖區(qū)大小的管理、丟包的恢復(fù)、最大化帶寬和控制擁塞情況下的自適應(yīng)檢索等部分，具有無(wú)需生產(chǎn)者和消費(fèi)者協(xié)調(diào)配合而運(yùn)行、通過(guò)前向糾錯(cuò)和重傳以減輕丟包、基于端到端測(cè)量以控制擁塞和調(diào)整速率等特點(diǎn)。

2.2 即時(shí)通訊與文件共享

在即時(shí)通訊方面，傳統(tǒng)應(yīng)用都是基于C/S模式，Wang等［12］以一個(gè)即時(shí)通訊的應(yīng)用庫(kù)為案例，研究其在NDN中的部署，提出NDNPurple設(shè)計(jì)方案，特別強(qiáng)調(diào)其無(wú)需服務(wù)器這一特點(diǎn)，而這類無(wú)服務(wù)器的模板也可以方便移植到別的應(yīng)用中去。此方案需要解決以下三方面的問(wèn)題：命名約定，即如何為數(shù)據(jù)分配獨(dú)一無(wú)二的名字；名字發(fā)現(xiàn)，這與命名約定機(jī)制也有關(guān)，在沒(méi)有服務(wù)器的情況下如何實(shí)現(xiàn)；會(huì)員管理，在沒(méi)有服務(wù)器的情況下，如何管理加入和離開聊天室的會(huì)員。在命名方面，NDNPurple也采用層次化命名的方式，按照以下格式為內(nèi)容數(shù)據(jù)命名：協(xié)議：/聊天室ID/用戶ID/序列號(hào)。而在名字發(fā)現(xiàn)方面，NDNPurple預(yù)設(shè)了用于用戶查詢的命名空間，當(dāng)前用戶可向其他廣播含有自己ID的Interest包；會(huì)員管理也可與名字發(fā)現(xiàn)機(jī)制相結(jié)合，每個(gè)用戶都維護(hù)一個(gè)可用用戶表，輔以超時(shí)計(jì)時(shí)器，從而實(shí)現(xiàn)性能和開銷的平衡。Zhu等［13］設(shè)計(jì)了一個(gè)基于NDN的多用戶聊天應(yīng)用Chronos，同樣具備無(wú)服務(wù)器和分布式特點(diǎn)；聊天室的每個(gè)客戶端都將數(shù)據(jù)的名字集合哈希到加密摘要中，并與其他客戶端交換；在穩(wěn)定狀態(tài)下，每個(gè)客戶端都有相同的摘要，而一旦產(chǎn)生新數(shù)據(jù)，摘要會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)需要通知其他客戶端；客戶端在聊天室的狀態(tài)則需要依賴心跳包維持。同時(shí)，應(yīng)用還需考慮在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中及面向大量用戶的情況，也需考慮數(shù)據(jù)加密和安全問(wèn)題?；贑hronos的工作，為了更好地支持如即時(shí)通訊、文件共享等應(yīng)用，Zhu等［14］還進(jìn)一步提出了ChronoSync協(xié)議，用于同步數(shù)據(jù)集；ChronoSync使用合適的命名規(guī)則，以加密摘要的形式總結(jié)數(shù)據(jù)集的狀態(tài)，并進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)交換和同步。基于ChronoSync的應(yīng)用有兩個(gè)核心模塊：ChronoSync模塊同步數(shù)據(jù)集的狀態(tài)；應(yīng)用邏輯模塊響應(yīng)數(shù)據(jù)集的狀態(tài)變化。命名規(guī)則也分別針對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)名和同步數(shù)據(jù)名這兩種類型，前者直接指向具體的內(nèi)容生產(chǎn)者，而后者以廣播的方式面向所有參與者。

文件共享也是目前互聯(lián)網(wǎng)中的重要應(yīng)用，但是此類應(yīng)用需要大量的服務(wù)器和隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)連接。Jacboson等［15］設(shè)計(jì)了一個(gè)基于新的信息路由模型的文件共享系統(tǒng)，不需要服務(wù)器，能提供高效、可擴(kuò)展、分布式、安全、健壯的服務(wù)。此系統(tǒng)需要前綴-保管者映射表和保管者-端點(diǎn)映射表，前綴到保管者的綁定是相互獨(dú)立的，每個(gè)保管者都會(huì)為它負(fù)責(zé)的每條前綴發(fā)布一個(gè)條目；每個(gè)保管者也會(huì)發(fā)布端點(diǎn)列表，列出當(dāng)前可用的所有通信端點(diǎn)，顯然保管者是前綴和通信端點(diǎn)的媒介。系統(tǒng)的路由數(shù)據(jù)收集基于Sync協(xié)議，Sync也基于Interest包通告，只傳遞狀態(tài)不同的數(shù)據(jù)，能盡量快且節(jié)省流量地在全網(wǎng)同步路由信息。Fu等［16］提出了高性能可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)同步協(xié)議iSync，使用兩級(jí)可逆布隆過(guò)濾器，第一級(jí)標(biāo)識(shí)過(guò)時(shí)的集合，第二級(jí)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程集合中存在而本地沒(méi)有的標(biāo)識(shí)?；贑hronoSync，Afanasyev等［17］提出了完全分布式的文件共享應(yīng)用ChronoShare，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)情況如何，用戶都可以在設(shè)備間無(wú)縫共享文件。ChronoShare將用戶對(duì)文件的操作視為動(dòng)作流，每個(gè)動(dòng)作指定被修改的文件以及如何修改；ChronoShare有文件、動(dòng)作和動(dòng)作相關(guān)信息等三類數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)不同的命名方案。多數(shù)協(xié)議或應(yīng)用只支持完全數(shù)據(jù)同步，為有效地處理不同類型的數(shù)據(jù)同步，Zhang等［18］提出PSync，使用名字來(lái)攜帶生產(chǎn)者最新的命名空間信息和每個(gè)消費(fèi)者的訂閱信息，允許生產(chǎn)者為所有消費(fèi)者保持單一狀態(tài)，使消費(fèi)者能與任何有同樣數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者同步。PSync使用Sync Interest包和Sync Reply包，消費(fèi)者發(fā)送Sync Interest包給生產(chǎn)者以獲取最新的數(shù)據(jù)，Sync Interest包中包含消費(fèi)者的訂閱列表，生產(chǎn)者收到后回復(fù)Sync Reply包，包含訂閱數(shù)據(jù)流中最新數(shù)據(jù)名字的列表，然后消費(fèi)者根據(jù)相關(guān)信息發(fā)送Interest包以獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。Mastorakis等［19］則提出了基于NDN的點(diǎn)到點(diǎn)文件共享應(yīng)用nTorrent，將BitTorrent服務(wù)從IP網(wǎng)絡(luò)中移植到NDN中，充分利用NDN的優(yōu)點(diǎn)，獲取最近的可用數(shù)據(jù)，支持多路徑和快速故障響應(yīng)，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包級(jí)別的真實(shí)性檢查。當(dāng)然，為了解決前綴引起的路由可擴(kuò)展性問(wèn)題，nTorrent引入SNAMP［20］和NDNS［21］機(jī)制，SNAMP維護(hù)數(shù)據(jù)前綴和全局可路由名字前綴的映射，每個(gè)生產(chǎn)者的映射發(fā)布在NDNS，消費(fèi)者檢索即可。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)及其代表性技術(shù)車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已逐漸成為現(xiàn)實(shí)，然而基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)同樣是集中式工作方式，實(shí)現(xiàn)安全、實(shí)時(shí)的信息共享難度很大。Wang等［22］探索了NDN應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景，最大的挑戰(zhàn)之一在于命名方案的設(shè)計(jì)，他們提出將名字分為交通、地理位置、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)類型、隨機(jī)數(shù)等五部分，交通作為應(yīng)用標(biāo)識(shí)，地理位置包括道路標(biāo)識(shí)、方向、段編號(hào)等，時(shí)間戳表示時(shí)間范圍，數(shù)據(jù)類型表示數(shù)據(jù)的意義，隨機(jī)數(shù)則由生產(chǎn)者生成以區(qū)分不同的生產(chǎn)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)［23］。Wang等還開發(fā)了簡(jiǎn)單的交通信息傳播應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)名字中攜帶的地理位置信息進(jìn)行智能隨機(jī)調(diào)度以最大限度地減少?zèng)_突；為加速數(shù)據(jù)傳播，通過(guò)數(shù)據(jù)騾主動(dòng)推送數(shù)據(jù)，當(dāng)然這與原始NDN中基于拉的數(shù)據(jù)檢索方式有所不同。Grassi等［24］考慮車聯(lián)網(wǎng)中連接的臨時(shí)性、間歇性和物理傳輸數(shù)據(jù)的能力，提出V-NDN框架，汽車可以作為數(shù)據(jù)消費(fèi)者、生產(chǎn)者、轉(zhuǎn)發(fā)者以及無(wú)連接時(shí)搬運(yùn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)騾；結(jié)合汽車的特點(diǎn)，與其他的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不同，此時(shí)無(wú)需考慮計(jì)算或存儲(chǔ)的容量以及設(shè)備供電問(wèn)題。通過(guò)V-NDN，本地產(chǎn)生的只在本地有意義的數(shù)據(jù)，例如交通信息不需要在被相鄰結(jié)點(diǎn)使用前發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)也可以保留在本地，沿最短路徑傳遞給消費(fèi)者。

在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用方面，Burke等［25］先將NDN應(yīng)用于樓宇燈光控制系統(tǒng)，滿足控制器和照明裝置間的低延時(shí)要求，設(shè)計(jì)命名方案，部署內(nèi)容簽名，通過(guò)授權(quán)策略控制對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)，開發(fā)低功耗的安全機(jī)制。隨后Shang等［26］提出了基于NDN的樓宇管理系統(tǒng)，傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用層次化的數(shù)據(jù)命名空間、密鑰和訪問(wèn)控制列表，提供基于瀏覽器的數(shù)據(jù)可視化接口；系統(tǒng)包括三個(gè)實(shí)體，分別是端用戶、傳感器網(wǎng)關(guān)和管理應(yīng)用，網(wǎng)關(guān)將存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)插入NDN倉(cāng)庫(kù)［27］。Shang等還在跨平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)RIOTOS上設(shè)計(jì)和部署了NDN協(xié)議棧，由于設(shè)備性能通常極為有限，他們針對(duì)性設(shè)計(jì)了包的編碼和解碼，簡(jiǎn)化了PIT、FIB和CS，還設(shè)計(jì)了輕量級(jí)逐跳2層碎片和重組機(jī)制，部署了一組應(yīng)用接口。Shang等［28］設(shè)計(jì)了不依賴于云服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，使用模式化信任機(jī)制進(jìn)行本地信任管理，將分布式同步機(jī)制用于本地會(huì)合點(diǎn)；應(yīng)用仍然可以訪問(wèn)云服務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔、復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析等工作。最后，Shang等探討了NDN應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的案例和前景，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的操作以數(shù)據(jù)獲取和控制為中心，但通信技術(shù)的多樣以及設(shè)備資源的限制使解決方案變得異常復(fù)雜，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的安全技術(shù)也不太適合物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)本地通信的支持也有限；NDN的數(shù)據(jù)檢索方式、以數(shù)據(jù)為中心的安全機(jī)制、基于名字的轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)內(nèi)存儲(chǔ)等特點(diǎn)則十分切合物聯(lián)網(wǎng)的需求；NDN應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)需要考慮命名、引導(dǎo)和發(fā)現(xiàn)、信任機(jī)制、基于名字的訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)聚合、應(yīng)用層發(fā)布和訂閱、多方同步、與互聯(lián)網(wǎng)的整合等方面［29］。

2.4 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)在科研、應(yīng)用等領(lǐng)域起著極為重要的作用，數(shù)據(jù)則占據(jù)著核心地位，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、共享和管理是需要解決的主要問(wèn)題。Olschanowsky等［30］首先將NDN應(yīng)用于氣候建模，調(diào)查了一大類氣候數(shù)據(jù)的命名方案，搭建了一個(gè)按名稱發(fā)布，檢索和發(fā)現(xiàn)氣候數(shù)據(jù)的接口，編寫翻譯器將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)集名字轉(zhuǎn)換為與NDN兼容的名字，盡量不改變已有的工作流程［31］。Fan等提出了首個(gè)部署于NDN上的科學(xué)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用，包括用于查詢和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的用戶接口和已同步的名字目錄聯(lián)盟等兩個(gè)組件，管理氣候和高能物理數(shù)據(jù)，能進(jìn)行一般性的管理操作，例如發(fā)布、搜索、檢索和訪問(wèn)控制等；目錄聯(lián)盟主要是為了解決集中式目錄面臨大量查詢和發(fā)布請(qǐng)求時(shí)可能出現(xiàn)瓶頸，它采用ChronoSync作為同步協(xié)議［31］。Zhang等［32］提出移動(dòng)分布式健康應(yīng)用NDNFit，為端用戶提供跟蹤應(yīng)用，使用NDN通信，特別關(guān)注身體活動(dòng)數(shù)據(jù)，用戶鍛煉時(shí)報(bào)告時(shí)間位置，識(shí)別并分類諸如步行、慢跑、跑步等活動(dòng)的數(shù)據(jù)，在移動(dòng)站點(diǎn)上向用戶報(bào)告活動(dòng)統(tǒng)計(jì)，提供身份管理、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和訪問(wèn)控制功能。NDNFit使用一致的數(shù)據(jù)命名方案，直接在數(shù)據(jù)包級(jí)別實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)證和訪問(wèn)控制；定義了四個(gè)主要組件，分別是抓取應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)可視化單元，用于數(shù)據(jù)收集和發(fā)布、數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理以及讓用戶能看到并與他們的個(gè)人健康數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。Gibbens等［33］在數(shù)據(jù)中心中首次應(yīng)用了NDN技術(shù)，簡(jiǎn)化了Hadoop的部分代碼，減少了Hadoop結(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)流量；開發(fā)了替代TCP/IP套接字的NDNSocket和NDNServerSocket，將遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用映射到Interest和Data包，改變了Hadoop中基于推的網(wǎng)絡(luò)模型而變?yōu)镹DN中基于拉的網(wǎng)絡(luò)模型，用NDN傳輸數(shù)據(jù)塊，并增加了一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸層。

2.5 其他

NDN支持?jǐn)?shù)據(jù)包級(jí)別的安全驗(yàn)證機(jī)制，人們也利用這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相關(guān)應(yīng)用。Dibenedetto等［34］提出了匿名插件工具ANDaNA，借用Tor的若干特性解決NDN面臨的名字、內(nèi)容、緩存和簽名隱私等挑戰(zhàn)，通過(guò)至少兩個(gè)洋蔥路由器的鏈路來(lái)傳遞消息，其中每個(gè)路由器刪除一層加密并轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳，匿名路由器加入時(shí)公布其公鑰和其他輔助信息，消費(fèi)者檢索匿名路由器列表和相應(yīng)的公鑰。Chowdhury等［35］提出了自動(dòng)駕駛汽車間的安全信息共享方案，為檢測(cè)虛假數(shù)據(jù)，提出了一種四級(jí)層次化信任模型和相關(guān)的車輛數(shù)據(jù)認(rèn)證命名方案，四級(jí)分別為相關(guān)組織、制造商、汽車和數(shù)據(jù)；為解決車輛跟蹤問(wèn)題，使用化名方案并引入證書頒發(fā)代理以保護(hù)車輛身份。

在其他方面，Burke［36］討論了NDN用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的可能性，瀏覽器須高效地根據(jù)觀眾情境和選擇檢索內(nèi)容；提供透明的多接口接入和本地及全球網(wǎng)絡(luò)接入，容忍網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷；提供多層次內(nèi)容和處理源；保證內(nèi)容發(fā)布者和信任模型的多樣性；與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境整合。概念性系統(tǒng)包括以下組件：可導(dǎo)航的內(nèi)容發(fā)布者、外部?jī)?nèi)容會(huì)合點(diǎn)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)瀏覽器；瀏覽器要能夠預(yù)讀取內(nèi)容，服務(wù)上下文發(fā)布者和消費(fèi)者，并進(jìn)行路徑學(xué)習(xí)；還可使用移動(dòng)邊緣計(jì)算加速處理。Afanasyev等［20］先后提出了SNAMP和NDNS，使用映射和封裝技術(shù)解決命名空間映射的可擴(kuò)展性問(wèn)題，在NDN中開發(fā)了類似域名系統(tǒng)的服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)路由可擴(kuò)展性、移動(dòng)發(fā)布和證書提供。NDNS繼承了DNS的一些基本概念和機(jī)制，是DNS從IP網(wǎng)絡(luò)到NDN的移植，但也設(shè)計(jì)了專門的命名空間，提供了網(wǎng)絡(luò)層上以數(shù)據(jù)為中心的安全性［21］。

3 總結(jié)與展望

本文介紹了NDN的基本概況和主要特點(diǎn)，并介紹了基于NDN的諸多應(yīng)用，主要有語(yǔ)音與視頻、即時(shí)通訊與文件共享、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和其他等類型。上述應(yīng)用充分利用了NDN去中心化、安全性、網(wǎng)內(nèi)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制等特點(diǎn)，取得了較好效果。

未來(lái)，我們還需進(jìn)一步考慮NDN應(yīng)用所涉及的命名空間、信任模型、網(wǎng)內(nèi)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)同步等機(jī)制，取得性能和開銷的平衡，盡量減少其復(fù)雜程度。另外，NDN的特點(diǎn)非常適合內(nèi)容分發(fā)場(chǎng)景，相關(guān)應(yīng)用應(yīng)當(dāng)成為探索的主要方向。