结构化P2P自适应高可用性负载均衡策略的研究与仿真

论文摘要

负载均衡是结构化P2P网络中资源管理和任务调度的关键技术之一。造成结构化P2P网络负载失衡的主要原因是资源查找者对各节点上存储信息的需求往往是不均匀的,从而导致某些节点的负载过大,成为“热点”（hotspot）,容易引起单点失效、网络拥塞、请求延迟长等性能问题。负载均衡策略的最终目的就是在节点之间均匀地分布负载以提高网络的灵活性和可用性。通过对结构化P2P网络深入分析得出其负载失衡的主要因素:逻辑位置与物理位置不一致性、信息需求的不均匀性以及节点配置的异构性,为后文有针对性的提出新的基于结构化P2P网络负载均衡策略提供了基础。本论文的主要创新点在于:提出了一种基于结构化P2P的自适应高可用性负载均衡策略——RGP（Replication and Gossip Policy）,该策略在分析现有负载均衡策略的基础上,针对结构化P2P网络负载失衡原因,结合了流言传播与动态副本策略,根据网络失衡程度将负载失衡分为未过载、轻过载和重过载。并区分对待轻重过载情况,资源出现轻过载时采用单副本方案,而在重过载时采用多副本方案,从而动态的控制网络中超载资源的副本数量以优化P2P网络性能。RGP建立在IPv6协议之上,利用IPv6分层结构地址的特点,析取出节点的物理位置信息,避免结构化P2P网络中的绕路问题。本论文采用Oversim+INET+OMNeT++的方式在Chord网络上对该策略进行仿真实验。并从平均跳数、查询命中率、平均时延等性能的仿真数据和曲线上,分别验证了该策略对Chord网络性能的改进。从仿真结果可以看出,该策略在一定程度上改善了Chord中普遍存在的拥塞问题。较之现有的负载均衡策略能较好的适应网络规模的变化,具有较强的自适应性和实用性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1.研究背景
• 1.2.国内外P2P技术研究现状
• 1.3.负载均衡策略研究的重要意义
• 1.4.本文研究内容
• 1.5.本文组织结构
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1.P2P网络
• 2.1.1.P2P网络特点
• 2.1.2.P2P网络分类
• 2.1.3.DHT网络及其特点
• 2.1.4.Chord
• 2.1.4.1.路由算法
• 2.1.4.2.节点加入和退出
• 2.1.4.3.Chord网络特点
• 2.2.IPv6基本原理
• 2.2.1.IPv6分层地址结构
• 2.2.2.IPv6地址配置方式
• 2.2.3.IPv6安全性
• 2.2.4.IPv6与IPv4对比
• 2.3.负载均衡
• 2.3.1.负载均衡分类
• 2.3.2.负载均衡策略目标
• 2.4.本章小结
• 第三章 P2P网络中常用负载均衡策略及其分析
• 3.1.常用负载均衡策略
• 3.1.1.蚁群优化技术
• 3.1.2.基于IPv6的负载均衡策略
• 3.1.3.动态副本策略
• 3.1.4.流言传播机制
• 3.2.现有结构化P2P网络负载均衡策略的分析
• 3.3.本章小结
• 第四章 结构化P2P自适应高可用性负载均衡策略RGP
• 4.1.结构化P2P网络负载失衡因素及RGP的相应对策
• 4.2.RGP负载均衡策略中系统参数
• 4.3.RGP负载均衡策略的关键步骤
• 4.4.RGP策略设计与实现
• 4.4.1.地址映射
• 4.4.2.数据结构
• 4.4.3.节点的加入与退出
• 4.4.4.搜索机制
• 4.4.5.负载信息采集
• 4.4.5.1.本节点资源负载信息收集
• 4.4.5.2.局部负载信息收集
• 4.4.6.资源过载判定
• 4.4.7.选择副本方案
• 4.4.7.1.次优副本算法SRA
• 4.4.8.副本传播
• 4.5.本章小结
• 第五章 仿真平台搭建与实现
• 5.1.仿真环境介绍
• 5.1.1.OMNeT++
• 5.1.1.1.Inet拓扑生成器
• 5.1.2.Oversim
• 5.2.仿真平台搭建
• 5.3.仿真设计
• 5.4.仿真实现
• 5.4.1.网络拓扑结构生成
• 5.4.2.网络运行机制实现
• 5.5.仿真实验评价指标
• 5.6.仿真结果与性能分析
• 5.6.1.RGP系统参数实验
• 5.6.1.1.网络规模的影响
• 5.6.1.2.负载均衡周期的影响
• 5.6.1.3.访问频度阀值（Id1,Id2）的影响
• 5.6.2.RGP策略与信息副本策略（IRS）性能比较
• 5.6.3.RGP策略与流言传播机制（GP）性能比较
• 5.7.实验总结
• 5.8.本章小结
• 第六章 结论
• 6.1.总结
• 6.2.进一步工作
• 6.3.技术展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果