移动网络动态拓扑构造若干技术的研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 8 4 2.28MB 72 页 15积分

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摘要

P2P 计算模式具有完全的分布式、自组织等特征，在许多领域已得到广泛的

应用。随着网络基础设施逐步建立和移动通信技术的成熟，以及移动计算设备快

速发展，逐步突破计算与待机能力的瓶颈，统一地数据格式也日趋成熟。正因为

此，利用便携机、移动电话等移动设备，可以很方便将移动用户共享、交互、协

作等移动性应用需求完成。在学术研究和工业开发中，P2P 技术已经开始扩展到

移动网络环境中。但是，移动网络是资源受限的系统，在移动环境下构建 P2P

网络将受到其固有特性的影响，如移动设备相对短缺的能源和资源、通信能力较

弱、网络动态多变和网络连接不可预见性的中断等问题，这些都给在移动环境下

构建 P2P 网络带来了一定的困难。

网络拓扑技术、资源搜索策略等方面的研究是移动 P2P 方面的关键技术，也

是目前学术研究的焦点。移动 P2P 网络拓扑结构，不仅需要考虑到异构网络的互

通和融合，而且要独立于多样化的具体应用，并要保证网络的可扩展性。而资源

搜索策略是 P2P 应用中所面临的核心问题之一，如何以有效的手段快速响应用户

的资源请求关系到整个 P2P 应用的效率和性能。而针对上述问题，本文致力于这

两个方面的研究，试图在移动 P2P 网络拓扑生成方法和资源搜索策略方法做出一

些贡献。

本文首先介绍了 P2P 的相关概念以及移动 P2P 的相关概念及关键技术；其次

分析了当前在移动 P2P 网络拓扑生成技术并提出了一种移动 P2P 网络拓扑生成

方法，然后为其实现了一个可视化的模拟实验原型系统，通过该系统可以方便直

观地去分析和比较算法的性能。

另外本文在分析了当前 P2P 资源搜索策略优缺点，提出了一种适用于移动环

境下的改进模型，通过引入分层和超级节点的概念，超级节点间采用双向 Chord

搜索策略，普通节点与超级节点则采用直接通信机制来构建搜索策略。仿真结果

表明，该模型在平均查找路径和平均查找时延等方面有着较好的性能。

关键字：P2P 移动 P2P 网络拓扑技术资源搜索策略分层超级节点时

延

ABSTRACT

P2P computing model has full-distributed characteristic and self-organization

characteristic,has been widely used in many fileds. With the gradual establishment of

network infrastructure and the mature of mobile communication technology,and the

rapid development of mobile computing devices,the limitation of compute and

standby capacity has been settled gradually,data format also became increasingly

unified.Therefore,make use of laptops, personal digital assistant,mobile phone in

order to complete share,communication,collaboration between mobile users in mobile

applications .P2P computing model has began to expand to mobile devices and mobile

netword filed in academic research and industrial development.However,Mobile

network is a constrained-resource system, construct P2P network in mobile

environment exists some of its inherent flaws and features,such as shortage of energy

and resources of mobile computing devices, relatively weak in communication

capacity,frequently network change,and interruption of the unpredictability of

network connection etc,these brought some difficulties to build P2P network in

mobile environment..

Research of Network topolosy,Resources search strategies are critical technical in

mobile P2P network,are also currently the focus of academic reseach.Topology of

mobile P2P network not only need to consider interoperability and integration of

heterogeneous network ,but also must be independent in variety of specific

applications,an should ensure network scalability.Equally the strategy of resource

search is a core problem of P2P application,how to fast respond to user request by

effective means,this related to the efficiency and performance of P2P applications.To

these issues,this essay commit itself to research of these aspects,trying to make some

contribution to topology generation method in P2P network and strategy of resource

research.

First,The paper introduces the concept of P2P ,the concept of mobile P2P network

and key technologies.Second,Analysis currently topology generation technology and

propose a method of topology generation in mobile P2P network.Last,achieve a visual

prototype system,and use the system can be conveniently to analysis and compare the

performance of algorithm.

On ths side,this paper analysis the advantages and disadvantages of currently

strategy of resources research in P2P network, propose a improved model in mobile

environment.This model introduce the concept of stratification and super node,use the

two-way Chord between super nodes,make use of a direct communication mechanism

between super node and ordinary node to build the strategy of resource research.

Simulation results show that the model has better performance in the average search

path and the average search delay.

Key words:P2P,mobile P2P network,Topology,strategy of Resources

Search,stratification,super node,delay

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ........................................................ 1

§1.1 研究背景及意义 ..............................................1

§1.2 本文的主要工作及结构 ........................................2

第二章移动 P2P 网络概述 ............................................ 4

§2.1 P2P 网络概述 ................................................ 4

§2.1.1 P2P 网络定义 ............................................ 4

§2.1.2 P2P 网络的特点 .......................................... 6

§2.1.3 P2P 网络分类 ............................................ 6

§2.2 移动 P2P 网络概述 ............................................9

§2.2.1 移动 P2P 网络的定义及特征 ................................9

§2.2.2 移动 P2P 网络与移动 Ad-Hoc 网络的区别 ....................11

§2.2.3 移动 P2P 的应用场合 .....................................11

§2.3 移动 P2P 的关键技术 .........................................12

§2.3.1 移动 P2P 网络体系结构 ...................................12

§2.3.2 移动 P2P 资源搜索策略 ...................................14

§2.3.3 网络结构一致性 .........................................15

§2.3.4 移动 P2P 网络数据分发 ...................................17

§2.3.5 移动 P2P 网络安全与隐私问题 .............................17

第三章一种移动 P2P 网络拓扑生成方法 ............................... 19

§3.1 背景技术 ...................................................19

§3.1.1 洪泛 ...................................................19

§3.1.2 几种改进的洪泛方法 ..................................... 19

§3.1.3 地标聚类 ...............................................20

§3.1.4 基于 IP 地址的分配策略 ..................................21

§3.1.5 节点交换 ...............................................21

§3.2 临近信息的获取 .............................................23

§3.3 网络拓扑生成的基本方法 .....................................25

§3.3.1 标识符空间 .............................................25

§3.3.2 路由 ................................................... 26

§3.3.3 拓扑的维护 .............................................27

§3.4 节点移动的处理 .............................................28

§3.5 模拟实验及结果分析 .........................................30

§3.5.1 实验准备 ...............................................30

§3.5.2 模拟实验平台的实现 .....................................31

§3.5.3 模拟实验结果及分析 .....................................34

§3.6 本章小结 ...................................................35

第四章移动 P2P 网络中资源搜索策略 ................................. 36

§4.1 P2P 资源搜索策略 ........................................... 36

§4.1.1 Chord ..................................................36

§4.1.2 Pastry .................................................37

§4.1.3 CAN ....................................................38

§4.1.4 三种搜索策略的比较 .....................................39

§4.2 移动 P2P 资源搜索策略 .......................................40

§4.2.1 移动 P2P 资源搜索策略研究现状 ...........................40

§4.2.2 移动 P2P 资源搜索策略研究方法 ...........................41

§4.3 相关工作 ...................................................42

§4.3.1 双向查询 Chord ..........................................42

§4.3.2 One-Hop ...............................................43

§4.3.3 EpiChord ..............................................44

§4.3.4 HMPN ..................................................44

§4.4 T_Chord 模型 ............................................... 45

§4.4.1 T_Chord 模型相关信息定义 .............................. 46

§4.4.2 T_Chord 模型路由机制 .................................. 48

§4.4.3 节点的加入和离开 .......................................50

§4.4.4 资源的发布 .............................................52

§4.4.5 T_Chord 模型的情景案例分析 ............................. 52

§4.4.6 T_Chord 模型的优势 ..................................... 53

§4.5 模拟实验及结果分析 .........................................54

§4.5.1 P2PSim 简介 ............................................ 54

§4.5.2 仿真的实现 .............................................55

§4.5.3 仿真实验结果分析 .......................................58

§4.6 本章小结 ...................................................61

第五章总结与展望 ................................................. 62

§5.1 本文主要工作 ...............................................62

§5.2 后续工作 ...................................................62

参考文献 .......................................................... 64

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 67

致谢 .............................................................. 68

第一章绪论

P2P（Peer-to-Peer，对等网络）技术在信息化建设中作用突出，是当前网络

技术研究热点之一。

P2P 网络的参与者共享部分硬件资源，由网络提供服务和内

容，无需经过中间实体而被对等节点使用，因此 P2P 网络是一种分布式对等网络。

网络资源的获取者也是网络资源的提供者。这种模式打破了传统的 Client/Server

(C/S)模式，网络中的每个节点既充当网络服务器又作为网络中的客户端，服务

器为其他网络节点提供服务，而客户端享受其他节点提供的服务。

P2P 技术进入移动网络是网络应用发展必然的趋势，也是移动网络和互联网

融合的必然结果。目前，主要国际国内标准化组织都在积极着手制订 P2P 相关技

术标准。移动增值技术标准组织 OMA（开放移动联盟），目前进行的基于 P2P

的服务或应用研究，主要集中在即时消息服务（IMPS）方面，该组织有计划成

立内容共享标准工作组。在国际上，移动 P2P 技术已经成为 IRTF P2P 工作组的

一个子研究项目。尽管相关领域国际技术标准还未确立，但各运营商/设备商都

在积极准备，迎接移动 P2P 技术的热潮的到来。

§1.1 研究背景及意义

网络中的资源包括数据处理能力，数据存储能力，打印服务，网络连接服务

等，P2P 技术是一种在网络节点之间共享和交换网络资源和网络服务的一种网络

应用。网络参与者通过对等节点直接访问而获取服务，无需通过中间节点实体，

从而共享网络中的处理和存储等网络服务。而网络中的每个节点既是服务提供者

又是服务受益者，体现了网络的自由平等、开发互利的特性和本质，P2P 不仅是

一种技术，更是一种思想。

P2P 技术与目前网络中占主导地位的客户端/服务器(Client/Server)结构的一

个本质区别是在整个网络结构中不存在中心节点(或中心服务器)。它具有去中心

化、可扩展性、健壮性、高性价比等特点，正是由于 P2P 的上述特点，P2P 技术

的应用非常广泛，典型应用包括：文件和内容共享，如 Napster、emule、Thunder

等；分布式计算和存储共享，如 SETI@home、Avaki、PopularPower 等；协同处

理与服务共享平台，如 JXTA、J2EE、NETMyService 等；通信交流与协作，如

Skype、MSN、OICQ 等。

随着移动通信的快速发展，移动网络带宽越来越宽，同时移动终端的数据处

移动网络动态拓扑构造若干技术的研究

理能力越来越强。UMTS(universal mobile telecommunications system)，同时还有

B3G(beyond 3G)和GPRS(general packet radio service)网络技术等蜂窝移动网络和

WiMAX(worldwide interoperability for microwave access)，Wi-Fi (wireless fidelity),

UWB(ultra wideband)等宽带无线接入网络为用户提供了在任何地点、任何时间访

问无线网络服务的可能性。由于移动应用环境的逐渐成熟，研究者更加关注于分

布式更强、更具有对等自治、参与性更广特征的移动 P2P 网络。可以预见，主流

的P2P 应用将向移动网络中扩展，移动 P2P 应用将是未来网络发展的方向。

目前，大多数文献研究主要在移动自组织网络中的 P2P 文件共享及数据分发

方向，也有少数文献将研究放在蜂窝网络和无线接入网组建的 P2P 网络上。本文

移动 P2P 网络研究所涉及的范围进行了扩展，其并不关心上层千差万别的具体应

用，主要就移动 P2P 网络中网络拓扑生成技术和资源搜索策略两个关键技术展开

研究，希望为移动 P2P 网络技术的发展做出一些贡献。

§1.2 本文的主要工作及结构

本文试图通过对移动环境下覆盖网的拓扑生成方法和资源搜索算法方面对

P2P 在移动网络中应用研究做出贡献，做的主要工作如下：

(1) 了解 P2P 网络、非结构化 P2P 网络、移动环境下 P2P 网络的相关概念及研究

成果，然后对网络拓扑的生成技术及资源搜索算法进行研究，为后面的工作打下

基础。

(2) 重点搜集和整理了移动环境下 P2P 拓扑生成技术的相关资料，深入学习了目

前的研究成果，分析了相关技术目前存在的问题，为提出改进方案做准备。

(3) 针对传统 Chord 算法的不足，提出一种改进方案，使其更适合应用于移动环

境中，并借助软件工具（Visual Studio 2008）设计实现了一个可视化的模拟实验

系统，对该拓扑生成方法进行了性能的分析。

(4) 针对目前的资源搜索算法，提出一种改进的算法 T_Chord，并借助于仿真工

具P2PSim 对其进行性能测试，测试表明，该算法显著地提高了资源搜索的效率。

本文的组织结构如下：

第一章绪论介绍了课题的研究背景及本论文的主要工作等；第二章移动网络

的概述，主要介绍了 P2P 技术的相关概念、移动环境下 P2P 技术的相关概念及

关键技术以及发展方向等；第三章一种移动 P2P 网络拓扑生成方法，本章提出了

一种移动环境下 P2P 网络拓扑的生成方法，并通过模拟实验对其性能进行了分

析。第四章移动 P2P 网络中资源搜索策略，首先介绍了目前一个常用的资源搜索

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摘要：

摘要P2P计算模式具有完全的分布式、自组织等特征，在许多领域已得到广泛的应用。随着网络基础设施逐步建立和移动通信技术的成熟，以及移动计算设备快速发展，逐步突破计算与待机能力的瓶颈，统一地数据格式也日趋成熟。正因为此，利用便携机、移动电话等移动设备，可以很方便将移动用户共享、交互、协作等移动性应用需求完成。在学术研究和工业开发中，P2P技术已经开始扩展到移动网络环境中。但是，移动网络是资源受限的系统，在移动环境下构建P2P网络将受到其固有特性的影响，如移动设备相对短缺的能源和资源、通信能力较弱、网络动态多变和网络连接不可预见性的中断等问题，这些都给在移动环境下构建P2P网络带来了一定的困难。网络...

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