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《国防科学技术大学》 2010年
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非结构化对等网络资源定位技术研究

朱桂明  
【摘要】: 对等网络(Peer-to-Peer,P2P)是近年来兴起的一种重要网络技术,在很多领域里都有着广泛的应用。当前,Internet上应用最为广泛的仍然是节点与节点之间、节点与资源对象之间无固定关系的非结构化P2P系统。资源定位技术是非结构化P2P计算技术中的基础性关键技术,是构建非结构化P2P系统的基础,涵盖了非结构化P2P系统的拓扑构造、消息路由和资源搜索等功能。由于节点规模巨大、动态性强、以及资源的广泛分散性,给非结构化P2P系统的资源定位技术带来了巨大挑战。在没有辅助机制的条件下,非结构化P2P网络的资源定位技术的效率比较低,很难同时获得较低的查询延迟、少量的定位成本和较高的查询命中率,且不支持针对同一查询语义的增量式搜索。本文对非结构化P2P网络的资源定位技术展开深入的研究。 针对非结构化P2P网络尚不支持增量式搜索的问题,本文提出了基于熟人关系的P2P增量式查询算法IPSBSAR和非结构化P2P网络的增量式查询一般算法模型。算法IPSBSAR基于人类社会关系中的熟人关系,将人类社会关系中个体之间交流与合作机制引入到P2P网络中,通过一种新的邻居节点访问和更新方式,使得查询请求节点尽量将查询请求优先转发给尚未访问的语义相关节点,实现了增量式搜索。增量式查询一般算法模型可以与查询路由算法相结合,使得针对同一查询语义的增量式查询尽力优先访问语义最为相关的节点。分析和模拟表明,算法IPSBSAR能够以较低的代价和较低的路由延迟,获得较高的增量式查询命中率;对同一语义进行穷尽式搜索时,能够搜索出满足查询语义的绝大多数资源,有效实现增量式搜索,具有较高的效率;增量式查询一般模型能够与查询路由算法相结合,实现增量式搜索。 针对弱状态路由机制的存在的问题,提出了一种面向P2P网络概率路由的Bloom Filter(OBF)和基于衰减Bloom Filter的高效概率路由算法DWalker。OBF通过保存对象的更新操作、以及发布该对象的源节点等属性,使得OBF能够解决基于Bloom Filter的P2P网络中信息多径叠加问题,有效抑制噪音的影响,进而使得弱状态路由算法能够以很高的概率将查询消息沿着正确的方向进路由。DWalker基于有向随机网络,以指数衰减Bloom Filter的形式发布和传递节点共享资源的元信息,且最大传递距离小于网络中任意两点之间距离的期望值,从而有效抑制了衰减Bloom Filter传递过程中的多径叠加问题;以多个Bloom Filter代替仅用单个Bloom Filter表达一个路由条目,在保持单个Bloom Filter假阳性判定概率的前提下,可根据需要动态增加Bloom Filter,以容纳更多资源对象的路由信息;仅通过本地知识,以严格的数学分析,计算出各个Bloom Filter值为1的比特位个数的最大比例,以及下一跳转发节点的路由条目至少被查询匹配的值为1的比特位个数的临界值,使得进入目标对象传播范围内的查询消息既能够以较高的概率辨认出正确路由方向,又能够以较小的概率产生冗余的沿着错误方向的路由。分析和模拟表明, OBF使得基于弱状态的路由能够以很高的概率沿着正确方向进行;DWalker能够以较低的查询代价、路由条目中较少Bloom Filter的个数和较低的路由延迟实现较高的查询命中率。 为使得网络中的任一节点对任意对象的查询请求,均能以较低的查询代价、在确定的路由延迟内、高概率的命中目标对象,本文提出了基于副本复制和Bloom Filter的网络覆盖算法DCBF。DCBF基于有向随机网络,对各个资源对象在网络中创造少量的副本,各个副本被放置到网络中的某个随机节点,接收资源对象副本的节点,以分布式衰减Bloom Filter向邻近节点传递副本的成员资格信息。实验和理论均表明,DCBF算法仅需要发布少量的副本个数,即可覆盖网络中绝大多数节点,能够使得网络中任何一个节点,发起针对任何一个资源对象的查询,均能够以极低的查询代价,在确定的路由延迟范围内,高概率的路由到目标节点。 本文进一步提出了基于语义聚类拓扑的超节点模式的P2P查询路由算法SCQR、基于语义聚类拓扑的分布式模式的P2P查询路由算法SOSC。SCQR算法,使得各节点依据语义相似性,形成语义聚类;各语义聚类选取一个聚类语义计算者,负责计算聚类语义,同时与所有相邻聚类计算者建立连接关系,从而使得各个聚类计算者能够感知到比单个聚类节点多得多的远程语义聚类;且查询消息在聚类计算者之间转发,从而使得路由算法能够较快的将查询消息路由到目的聚类节点。SOSC算法通过直接用节点共享资源的关键词频率向量表达节点语义,各节点均试图与最相似的节点建立邻居关系,以及以指数衰减方式传递节点语义向量,创造性的解决了对等计算环境中聚类语义的表达和传递问题,使得节点可感知周围节点的语义层次,从而使得各节点均能够以语义聚类为基础进行快速路由。分析和实验均表明,算法SCQR和SOSC具有较小的路由延迟、较低的查询代价和较高的查询命中率。此外,对基于衰减Bloom Filter的SOSC算法实现进行了相应的讨论,提出了具体的实现方法。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP393.02

【参考文献】
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