用于多集合成员查询的恒定权重分组编码布隆过滤器
1. 引言
多集合成员查询问题旨在确定一个元素是否属于多个不相交集合中的某一个,如果是,还需指出具体属于哪个集合。这一问题在众多网络应用中起着至关重要的作用,例如:
- 二层交换机中的数据包转发
- 路由器中的 IP 查找
- 分布式 Web 缓存
- 深度数据包检测
- 数据包分类
- 网络流量测量
以云计算数据中心为例,二层交换机维护着包含大量目的 MAC 地址及其对应输出端口的 MAC 地址表。当数据包到达时,交换机依据数据包的目的 MAC 地址查找该表以确定转发端口。过去,为了加快数据包转发,交换机常使用哈希表存储 MAC 地址表并进行查询。然而,哈希表因 MAC 地址表条目众多而占用大量内存空间,通常存储在速度较慢的 DRAM 中,而非速度更快的 SRAM 中。此外,在最坏情况下,哈希表的查询性能往往较低。因此,近年来许多工作致力于探索更高效的数据包转发机制,其中布隆过滤器和多集合查询机制被广泛应用以实现大量数据包的快速转发。
2. 相关工作
许多解决多集合成员查询问题的方法都基于布隆过滤器,常见的变体包括 Magic Cube Bloom Filter、Bloomier filter、Shifting bloom filter、Additional bloom filter、Difference Bloom Filter、Buffalo、ID Bloom Filter、Coded Bloom Filter、Combinatorial Bloom Filter、kBF 和 iSet 等。这些变体通常由多个布隆过滤器向量组成,最初标准布隆过滤器仅用
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