基于结点异构的结构化对等网络资源查找技术研究

论文摘要

对等网络（Peer-to-Peer Network,简称P2P）是一个完全非中心化、自组织的资源使用系统。它打破了传统的“客户/服务器”模式,具有高效、高扩展性、良好的容错性等优点,是当今计算机领域研究的热点。近年来,随着网络规模的不断扩大和资源的爆炸式增长,对P2P网络技术的多元化应用提出了更高的要求。如何高效、低负载地查找数据资源成为P2P网络的核心问题。相对于数据资源位置已知的中心化系统而言,P2P系统将数据资源存储于系统中的多个位置,并主要通过两种方法来解决资源的查找问题:结构化方法和非结构化方法。就规模扩展性、可靠性和容错性来说,结构化方法优于非结构化方法。但是结点的异构性和路由表大量的冗余降低了使用结构化方法的对等网络的路由效率并且产生了大量的网络负载。本文主要从网络拓扑结构、路由策略、自组织策略三个方面同时对结构化对等网络进行改进,提出一种能够在低网络开销下进行高效资源查找的双层双向P2P查找系统。论文首先介绍了P2P的基本概念和P2P网络资源定位技术的相关知识以及国内外研究成果。深入分析了分布式散列表的路由原理和Chord网络模型,并总结出不足之处。在此基础上,论文根据结点性能进行网络分层的方法来解决结点的异构性问题,并对四种典型的双层P2P网络的系统开销进行了比较,选出具有最低网络开销的双层网络拓扑结构作为本文提出的查找系统的拓扑结构。并以此基础,改进原有的Chord资源查找策略,就路由表优化策略、结点加入算法和结点故障处理机制进行了创新,提出一种能够进行高效资源查找的双层双向P2P查找系统。该系统的路由表优化策略通过删除路由表中不必要的冗余信息同时加入有效路由信息,降低了系统的维护开销,提高了资源查找的效率。在结点加入算法中,同时考虑了结点的绝对性能与相对性能,避免了由于绝对性能的错误估计导致的低效查找。此外,结点故障处理机制使用主动选择结点新后继的方式来维持系统性能的稳定。最后,为了证明本文所提出的P2P查找系统的优越性,从数学分析和使用Brite、P2Psim进行仿真实验两方面将论文提出的查找系统与Chord、双向Chord进行分析比较。结果表明,在查找资源的平均查询跳数和造成的网络开销方面,双层双向P2P查找系统更优。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要目的和研究工作
• 1.4 论文的组织结构
• 2 理论基础
• 2.1 P2P 技术概述
• 2.1.1 P2P 技术的发展
• 2.1.2 P2P 网络的分类
• 2.1.3 P2P 的特点
• 2.1.4 P2P 的应用领域
• 2.2 小世界模型和规模无关网络
• 2.3 DHT 路由原理
• 2.4 Chord 协议分析与研究
• 2.4.1 拓扑结构
• 2.4.2 路由
• 2.4.3 自组织
• 2.4.4 Chord 总结
• 2.5 其它网络路由算法
• 2.6 本章小结
• 3 基于结点异构的双层双向查询系统 BCSS
• 3.1 面临的问题
• 3.2 BCSS 体系结构
• 3.2.1 高性能结点的选择
• 3.2.2 双层网络结构的最优化选择
• 3.2.3 BCSS 系统的层次结构
• 3.3 BCSS 路由策略
• 3.3.1 路由表冗余
• 3.3.2 路由表优化策略
• 3.4 BCSS自组织策略
• 3.4.1 结点的加入和退出
• 3.4.2 稳定化协议
• 3.4.3 结点的故障处理
• 3.5 本章小结
• 4 性能分析与仿真实验
• 4.1 整体性能分析
• 4.2 仿真的相关知识
• 4.2.1 经典的网络模拟器
• 4.2.2 P2Psim 的主要构件与工作原理
• 4.3 仿真实验设计
• 4.3.1 实验环境
• 4.3.2 评价标准
• 4.4 仿真实验分析
• 4.4.1 平均查询跳数
• 4.4.2 网络开销
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的主要研究成果