對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層組播關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)處理能力和網(wǎng)絡(luò)通訊能力的飛速提升，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)從核心網(wǎng)絡(luò)延伸到了邊緣網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)了應(yīng)用層覆蓋網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層覆蓋網(wǎng)絡(luò)的路由表構(gòu)造、維護(hù)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)均由端系統(tǒng)完成。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層組播是兩類典型的應(yīng)用層覆蓋網(wǎng)絡(luò)。 作為一種全新的計(jì)算模式，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)具有自組織和可擴(kuò)展等特性，因此引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。基于分布式哈希表(DistributedHashTable，DHT)的結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)由于其理論可證明的性能下界

2、，尤其受到學(xué)術(shù)界的追捧。 應(yīng)用層組播能有效解決IP組播面臨的部署、可擴(kuò)展性及擁塞控制等難題，因此受到了廣泛關(guān)注。已經(jīng)有許多應(yīng)用層組播協(xié)議被提了出來(lái)，少量的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用層組播系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始部署。應(yīng)用層組播提供了一項(xiàng)有前途的組播服務(wù)選擇。 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)需要首先構(gòu)造一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌缓笤O(shè)計(jì)出該覆蓋網(wǎng)絡(luò)的路由算法。拓?fù)渑c路由是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的核心，決定了對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的性能。作為應(yīng)用層覆蓋網(wǎng)絡(luò)，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)面臨著覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳黄ヅ涞膯?wèn)題

3、，導(dǎo)致了資源使用效率和網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量低下。同時(shí)，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)往往以覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的路由邏輯跳數(shù)作為路由選擇的度量標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了盡管路由邏輯跳數(shù)接近最優(yōu)，但實(shí)際的端到端路由延時(shí)過(guò)高。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容搜索功能是非常有必要的。缺乏了有效的內(nèi)容搜索，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)就不能發(fā)揮大規(guī)模資源共享的效益。但是，DHT只提供了簡(jiǎn)單的哈希表查找接口，無(wú)法支持有效的全文和語(yǔ)義搜索。 因此，本文首先從對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)造和路由選擇的角度，研究了利用底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒏纳茖?duì)等網(wǎng)

4、絡(luò)性能。然后，研究了對(duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的文檔發(fā)布和搜索技術(shù)，著重解決了其中的倒排列表過(guò)長(zhǎng)和查詢熱點(diǎn)問(wèn)題。此外，本文還提出了在部分使用單向鏈路的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，引入雙向鏈路，進(jìn)一步改善對(duì)等網(wǎng)絡(luò)性能。 應(yīng)用層組播由于將數(shù)據(jù)復(fù)制、分發(fā)任務(wù)轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣，因此造成了資源使用效率不高，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。應(yīng)用層組播的數(shù)據(jù)復(fù)制、分發(fā)完全依賴于普通的端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，而這些節(jié)點(diǎn)與IP組播中的路由器相比，可靠性和帶寬、處理能力等都要相差很多，并且不同

5、的端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間，這些性能也會(huì)有不同數(shù)量級(jí)的差別。應(yīng)用層組播很容易受到端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)故障的影響。 因此，本文研究了在構(gòu)造應(yīng)用層組播樹(shù)時(shí)，考慮端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性及帶寬的差異，并且在組播動(dòng)態(tài)會(huì)話過(guò)程中，使用分布式操作優(yōu)化組播樹(shù)結(jié)構(gòu)，以減少個(gè)別端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障對(duì)其它成員節(jié)點(diǎn)正常會(huì)話的影響。 本文的主要工作在如下四個(gè)方面：1基于PCA的鄰近標(biāo)識(shí)符選擇算法。以對(duì)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CAN為基礎(chǔ)，研究了使用鄰近標(biāo)識(shí)符選擇的方法確定節(jié)點(diǎn)在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)

6、邏輯空間中的位置，從而構(gòu)造出高質(zhì)量的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)，有效改善了對(duì)等網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量。算法將底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇臻g建模為高維歐幾里德空間，再使用PCA的方法將高維的底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇臻g映射到低維的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)邏輯空間，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)的基于binning的方法更好的性能。 2.基于鄰居路由表復(fù)制的鄰近路由選擇算法。以對(duì)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Chord為基礎(chǔ)，研究了鄰近路由算法，特別提出了通過(guò)復(fù)制鄰居路由表，改善對(duì)等網(wǎng)絡(luò)路由選擇自由度，減少路由邏輯跳數(shù)，從而使得鄰近

7、路由選擇能夠明顯降低端到端路由延時(shí)。使用了Lazy復(fù)制減少?gòu)?fù)制開(kāi)銷，并使用了并行路由確保路由成功。此外，提出了在使用單向鏈路的Chord中引入雙向鏈路，幾乎不需要額外開(kāi)銷就顯著改善了Chord的路由性能。 3對(duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的文檔發(fā)布與搜索解決方案。該方案基于向量空間模型，能夠支持全文和語(yǔ)義搜索。提出了劃分文檔關(guān)鍵詞和一般詞，并且使用了多哈希函數(shù)和多實(shí)體的方法，解決了對(duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的文檔發(fā)布和搜索的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即倒排列表過(guò)長(zhǎng)和查