空间信息处理的P2P分层网络模型的研究

【摘要】： 随着空间信息需求的迅猛增长，空间信息处理已经步入集成化、网络化和产业化发展的新时期。现有空间信息处理的网络模型已经不能很好地适应空间信息的分布式处理和共享要求。随着对等网络技术的发展及其在分布式系统中广泛地应用，使用对等网络来解决大规模科学工程问题已成为一种趋势。为了对复杂的空间信息进行管理和维护，提高传输访问和处理效率，迫切需要有一种高效的空间信息处理网络模型。本文重点研究空间信息处理的P2P分层网络模型(SIPPLNM)和所涉及的空间信息分布、空间索引与查询、安全性技术。 由于海量空间信息的处理中往往存在逻辑覆盖网络和物理网络不一致的问题，本文根据空间信息处理的特点，提出一种适用空间信息处理的P2P分层网络模型(SIPPLNM)。该模型分为两层：超级节点层和区域节点层，超级节点层是由负责相应区域的超级节点组成的，区域节点层由一个区域内的所有节点组成。 根据空间信息的邻近性和非均匀分布特点，提出一种基于非均匀Hilbert曲线区域划分方法。通过非均匀Hilbert曲线保持空间对象之间的邻近性，提高空间信息划分区域的均匀性。区域内采用hash空间信息主题方式，实现空间信息在第二层节点的均衡分布。实验表明，本方法能够有效地克服现有空间信息区域划分和分布方法的不足，使其在SIPPLNM各节点中，均有良好的分布均衡性，并且能有效解决空间数据集在实际应用中不均匀分布的问题。 分布式环境中的信任问题是当前网络研究的一个热点问题，而且在SIPPLNM下，因为存在空间关系，导致已有的信任管理模型无法直接使用。本文在基于主观逻辑理论和空间信息实体行为的基础上，提出了一种适合于SIPPLNM的分层信任模型，来处理空间信息实体之间的信任关系。该模型对超级节点间信任关系和域内信任关系分别采取不同的方法进行处理。实验和分析结果表明，这种信任模型能精确地评估空间信息实体之间的信任关系，从而能更加有效地解决对等环境中存在的安全问题。 针对现有并行空间索引方法普遍存在的索引热点和访问瓶颈、以及空间索引结构一致性难以维护等主要缺点，提出了基于SIPPLNM的分布式、分层次的空间索引结构和空间查询算法。通过对索引结构的层次划分，将整个空间索引划分为多个子区域索引集合，从而将索引维护工作最大程度地限制在每个子区域内部，减小了分布式空间索引结构维护的复杂性；详细描述了SIPPLNM的索引操作算法和及其相关空间查询算法，并通过空间查询实验，验证了SIPPLNM索引结构的有效性及其快速的查询响应性能。应用实例分析表明，SIPPLNM能够有效处理非均匀空间信息，分层信任的机制也保证了SIPPLNM稳定运行。