论文摘要
信息管理是管理科学与工程学科的重要研究方向之一。在信息经济时代,信息管理充分利用计算机技术、网络技术和通信技术的最新成果,将有较大相关性的各种资源集中在一起,追求系统的整体优化和综合效益。对等（Peer-to-Peer, P2P）网络是近年出现的最重要的网络技术之一。P2P网络由众多地位平等的网络主机自发随机组织或依特定规则组织而成,即便单个网络主机的资源非常有限,其也能提供丰富的资源和强大的服务能力。目前,知识管理、电子商务、虚拟企业、企业计算等领域已经大量采用P2P解决方案。基于P2P的信息管理这一交叉研究方向应运而生,并得到了管理和计算机学科的双重关注。基于P2P的信息管理对底层P2P网络的性能指标提出了挑战性需求,包括可扩展性、鲁棒性、高效性、以及容错性等。这些需求进一步推动了对P2P网络的拓扑构造、资源组织、以及资源定位这三个核心问题的深入研究。本文深入研究具有最优拓扑性质的结构化P2P网络和非结构化对等网络的轻量级路由机制。这两个问题的解决对于对等网络的研究和应用具有重要价值,而且对相关领域的研究工作也很有借鉴意义。结构化P2P网络的拓扑性质是影响其系统性能的最关键因素,目前已经有几种多机互联网络被用于设计结构化对等网络的拓扑结构。在包括多机互联网络在内的所有非平凡图中,正则Katuz图具有最优网络直径等良好特性。但是,只有在网络规模N等于dk + dk?1时才能构造出正则Kautz图,其中d表示结点出度,k表示网络直径。为了支持任意确定数目个结点,正则Kautz图被扩展为Generalized Kautz Digraph。但是,Generalized Kautz Digraph的拓扑构造规则导致在结点数目每次发生变化时都必须重新构造整个拓扑结构。因而不适用于结构化P2P网络。本文首次提出具有任意规模和常量度数的非正则Kautz图,其具有最优的网络直径、常量出度、以及简单的路由机制等优势;然后基于非正则Kautz图提出一种拓扑最优的结构化P2P网络——MOORE。MOORE设计了一系列创新性的机制和算法,包括资源分布算法、消息路由算法、动态维护算法等。理论分析和仿真实验显示,无论在静态环境还是动态环境中,MOORE中任意结点的出度为常量,而入度在常量附近的小区间内浮动,其网络直径和平均路由长度分别优于其它结构化P2P网络的对应指标。为了解决将MOORE运用于高度动态环境时面临的难题,本文首次提出平衡Kautz树和Kautz环的结构,并据此设计了一种高效且健壮的结构化P2P网络——BAKE,其继承了正则Kautz图的拓扑优势。BAKE设计了保序的资源放置策略、高效而容错的路由模式、以及各种拓扑维护算法。通过分析和仿真评估了BAKE的拓扑属性、路由算法的鲁棒性、以及处理各种动态活动的延迟和消息成本。BAKE具有最优的网络直径、很高的查询性能、良好的网络连通性、并支持高效的精确查询和范围查询模式,优于其它结构化P2P网络。BAKE比MOORE具有更健壮的拓扑结构、更容错的路由算法、以及更低的拓扑维护成本。此外,平衡Kautz树结构、Kautz环结构、以及结构化对等网络的设计方法适用于其它常量度数多机互联网络领域,例如De Bruijn。非结构化P2P网络在Internet上得到大量应用。但是由于拓扑结构的非确定性和资源对象放置的随意性等特点,在没有其它机制辅助时资源定位机制不可能同时获得较低的定位延迟和少量的定位成本。基于Bloom滤波的全状态概率路由机制、弱状态概率路由机制、以及索引路由机制非常适合解决这一难题,这三类资源定位协议仅以很低的额外成本就能同时实现很低的定位延迟和定位成本。本文首次发现:不论在何种应用场景下,面向发送方的Bloom滤波优化设计方法会使基于Bloom滤波的全状态概率路由演变成为泛洪广播这种无序路由。在量化分析信息噪音的干扰下这种概率路由机制的消息路由性能之后,提出面向接收方的Bloom滤波优化设计方法,据此能够确保任意结点的任何路由条目发生假阳性判定的概率都足够低,进而每个结点都能够从众多路由方向中准确识别出正确的路由方向,最终确保了基于Bloom滤波的全状态概率路由机制的有效性和可行性。到目前为止,面向接收方的Bloom滤波优化设计方法是唯一能确保基于Bloom滤波的全状态概率路由机制的有效性和可行性的方法。本文首次观察到:前人所研究的弱状态概率路由机制从理论和实践两方面都无法高度确保消息路由的正确性和高效性。为了探索问题的根源,并提出可行的解决方法。本文首先在一个通用衰落模型的基础上对弱状态概率路由问题进行了细致建模,然后量化了衰落模型对成员资格信息量的影响,最后评价了噪音对弱状态概率路由决策的影响。本文提出了有效实现基于Bloom滤波的弱状态概率路由机制的充分和必要条件,并设计了面向接收方的Bloom滤波优化机制来满足此充分和必要条件。此外,本文还解决了弱状态概率路由机制产生的冗余消息问题和Bloom滤波的网络传输问题。仿真结果与理论分析显示本文的方法能以高概率确保基于Bloom滤波的弱状态概率路由机制的可行性和可用性。基于Bloom滤波的索引路由机制面临的一个挑战性问题是在各个索引依高概率发生假阳性判定时会很大程度上会退化为泛洪模式。因此,长久以来,关于Bloom滤波的研究主要关注如何表示静态集合并尽可能降低其假阳性判定概率。本文发现无论在单机应用还是在分布式应用中,动态集合比静态集合更为普遍和重要。而且为静态集合而设计的Bloom滤波及其衍生数据结构如果被用以表示动态集合,会面临假阳性判定概率无法控制的难题。本文首次提出动态Bloom滤波来处理动态集合并兼容静态集合。随着动态集合的不断增大,动态Bloom滤波通过按需扩展自身容量将其发生假阳性判定的概率控制在较低水平。Web服务是当前计算机领域的重要研究课题。如何动态选择、绑定并调用最适合用户需求的Web服务仍然是急需解决的问题之一。本文研究基于对等模式的QoS有保障的服务发现机制,包括基于QoS约束的服务发现问题和基于对等模式提高服务发现系统的可用性问题。提出集成服务选择算法的UDDI兼容扩展模型,并运用非正则Kautz图和Bloom滤波理论设计基于对等模式的分布式UDDI。原型系统在国家地质调查网格中得到应用,测试结果显示:扩展UDDI模型具有很高的查准率、响应率以及较好的负载均衡能力,而基于对等模式的分布式UDDI在保障查询性能的前提下提高了服务发现系统的可用性。
论文目录
相关论文文献
标签：结构化对等网络论文; 非结构化对等网络论文; 平衡树论文; 全状态概率路由论文; 弱状态概率路由论文; 索引路由论文; 服务发现论文; 服务论文;