移動(dòng)P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造策略范文

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《計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究雜志》2015年第五期

1基于網(wǎng)格坐標(biāo)自治域的移動(dòng)p2p覆蓋網(wǎng)拓?fù)?a href="http://www.ruiyinglinkage.com/kejizazhi/jsjyyyjzz/673085.html" target="_blank">構(gòu)造

1.1分層虛擬網(wǎng)格坐標(biāo)自治域的建立定義1：虛擬網(wǎng)格坐標(biāo)自治域是一個(gè)邏輯的二維笛卡爾坐標(biāo)空間，x軸和y軸將該平面劃分成4個(gè)象限，以x軸的右半軸開始沿逆時(shí)針方向分別將四個(gè)象限命名為1、2、3和4象限。定義2：分層虛擬網(wǎng)格坐標(biāo)自治域是虛擬網(wǎng)格坐標(biāo)自治域的擴(kuò)展，將每個(gè)象限繼續(xù)劃分為4個(gè)子象限，以此類推，逐層劃分，就形成了分層虛擬網(wǎng)格坐標(biāo)自治域。

1.2構(gòu)建基于網(wǎng)格坐標(biāo)自治域的覆蓋網(wǎng)考慮到無基礎(chǔ)設(shè)施支持的MANET網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常沒有固定的IP地址，無法使用基于IP地址前綴的方法來構(gòu)建拓?fù)淦ヅ涞母采w網(wǎng)，因此，本文將采用更為通用的通信時(shí)延作為距離的度量單位，構(gòu)建具有物理位置感知的移動(dòng)P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)，能夠有效避免因拓?fù)洳灰恢露a(chǎn)生的繞路現(xiàn)象，從而降低用戶訪問時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)工作效率。

1.3節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性處理為了減少節(jié)點(diǎn)移動(dòng)所帶來的擾動(dòng)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在單位網(wǎng)格坐標(biāo)自治域內(nèi)小范圍移動(dòng)時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息可以不做修改，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)移出所屬的單位網(wǎng)格坐標(biāo)自治域時(shí)，才更新節(jié)點(diǎn)信息，并分配其新的虛擬坐標(biāo)，這樣可以大幅度減少拓?fù)渚S護(hù)信息，降低網(wǎng)絡(luò)開銷，節(jié)省寶貴的無線帶寬資源。更進(jìn)一步，考慮到那些位于網(wǎng)格自治域邊緣的節(jié)點(diǎn)，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)在不同網(wǎng)格自治域間來回切換的情況，如果頻繁更新信息，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)開銷過大。為了解決這一問題，本文引入一個(gè)閾值區(qū)域，如圖2中灰色地帶所示，假設(shè)位于112Z網(wǎng)格自治域的節(jié)點(diǎn)要離開112Z進(jìn)入到閾值區(qū)域（a點(diǎn)），隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，即使節(jié)點(diǎn)已經(jīng)移動(dòng)到113Z網(wǎng)格自治域時(shí)（b點(diǎn)），但是并不對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息更新，直到節(jié)點(diǎn)離開閾值區(qū)域（c點(diǎn)），再更新節(jié)點(diǎn)的位置信息。通過引入閾值區(qū)域，能夠有效減少節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性擾動(dòng)所帶來的通信維護(hù)開銷。

1.4索引節(jié)點(diǎn)的選取在每個(gè)單位網(wǎng)格坐標(biāo)自治域內(nèi)選出一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)(索引節(jié)點(diǎn)選取方法由文獻(xiàn)[9]給出)，然后在上一級(jí)網(wǎng)格坐標(biāo)自治域內(nèi)重新選出索引節(jié)點(diǎn)，直至第0級(jí)。當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要將其所共享的資源信息列表發(fā)送給其所在的網(wǎng)格自治域的索引節(jié)點(diǎn)，即單位網(wǎng)格自治域內(nèi)的索引節(jié)點(diǎn)是需要存儲(chǔ)其域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的資源索引信息、節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、區(qū)域標(biāo)識(shí)等。考慮到更高一級(jí)的索引節(jié)點(diǎn)如果維護(hù)其域內(nèi)全部資源和節(jié)點(diǎn)的信息，會(huì)導(dǎo)致索引節(jié)點(diǎn)維護(hù)信息量過大，因此，我們規(guī)定，較高一級(jí)的節(jié)點(diǎn)只維護(hù)粗略的信息，這里引入一個(gè)布爾變量，標(biāo)識(shí)該區(qū)域是否有該資源，這樣可以大大降低高級(jí)的索引節(jié)點(diǎn)信息維護(hù)量。考慮到系統(tǒng)容錯(cuò)性和健壯性，同時(shí)選取一個(gè)備份索引節(jié)點(diǎn)。當(dāng)索引節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，可以利用備份索引節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源搜索。

2資源查找策略(RSHIN)

下面，針對(duì)文中提出的網(wǎng)格坐標(biāo)自治域結(jié)構(gòu)，提出基于分層索引節(jié)點(diǎn)的資源查找策略RSHIN(ResourceSearchingStrategybasedonhierarchicalIndexNode).(1)當(dāng)節(jié)點(diǎn)S需要查找某一資源R時(shí)，S首先向其自身所在的單位網(wǎng)格坐標(biāo)自治域索引節(jié)點(diǎn)I發(fā)出資源查尋請(qǐng)求。如果索引節(jié)點(diǎn)I保存有存儲(chǔ)資源R的源節(jié)點(diǎn)D的信息，則索引節(jié)點(diǎn)I將節(jié)點(diǎn)D的標(biāo)識(shí)信息發(fā)送給S，S與D建立連接；否則轉(zhuǎn)（2）。(2)如果索引節(jié)點(diǎn)I沒有關(guān)于資源R的相關(guān)索引信息，則將查詢請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給上一級(jí)索引節(jié)點(diǎn)，若仍然沒有則再往上一級(jí)索引節(jié)點(diǎn)進(jìn)行查詢，逐級(jí)往上直至查詢到頂級(jí)索引節(jié)點(diǎn)為止。若某一級(jí)索引節(jié)點(diǎn)存有資源R的信息，則轉(zhuǎn)(3)。若均沒有，則本次查找失敗。(3)如果某一級(jí)索引節(jié)點(diǎn)存有資源R(表示該資源的布爾值為l)的信息，則該索引節(jié)點(diǎn)向其子區(qū)域的索引節(jié)點(diǎn)發(fā)出查詢，逐級(jí)往下直至找到擁有該資源的詳細(xì)索引信息的單位自治域內(nèi)的索引節(jié)點(diǎn)為止，然后按著逆向步驟，則該級(jí)索引節(jié)點(diǎn)將節(jié)點(diǎn)D的標(biāo)識(shí)信息發(fā)送給S，S與D建立連接。最終完成移動(dòng)P2P網(wǎng)絡(luò)資源查找與共享。

3仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文所提出的資源查找策略RSHIN的有效性，我們采用NS-2作為仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)場景參數(shù)設(shè)置：節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在4000m4000m的區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度為0-10m/s，節(jié)點(diǎn)通信半徑為200m。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在120-600之間，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型符合隨機(jī)路點(diǎn)模型[10]，假設(shè)節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間為10s。無線通信帶寬為2Mbps，MAC層采用802.11協(xié)議。假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有10個(gè)共享資源，資源大小為512字節(jié)，發(fā)送速率為300kbps，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生，每秒產(chǎn)生10個(gè)節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[11]提出的CAR資源查找策略采用了基于地理位置信息的哈希索引結(jié)構(gòu)，為了評(píng)價(jià)本文提出的查找策略，將RSHIN與CAR策略進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果做出分析。首先考察不同節(jié)點(diǎn)密度對(duì)資源查找平均路徑長度的影響。資源查找路徑長度可以用跳數(shù)來度量。讓移動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)從120-600之間，每隔60取一個(gè)值，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。可以看出，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，RSHIN查找策略的平均查找路徑長度明顯小于CAR的查找策略，主要是由于RSHIN采用層級(jí)遞進(jìn)的查詢策略，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)與網(wǎng)格坐標(biāo)自治域信息，可以快速定位到資源節(jié)點(diǎn)的位置，因此提高了資源查找效率。接下來考察不同節(jié)點(diǎn)密度對(duì)資源查找成功率的影響。如圖4所示，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷增加，兩種算法的查找成功率都有所提升，但本文所提出的RSHIN查找策略要優(yōu)于CAR算法。本文通過采取后備索引節(jié)點(diǎn)，當(dāng)含有資源的葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的資源節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，資源查詢信息快速地通過其域內(nèi)的后備索引節(jié)點(diǎn)找到目的節(jié)點(diǎn)，從而可以有效降低索引節(jié)點(diǎn)失效而導(dǎo)致的性能下降，并且大大提高了資源查找成功率。

4結(jié)束語

本文提出了一種具有拓?fù)淦ヅ涞木W(wǎng)格坐標(biāo)自治域結(jié)構(gòu)，充分考慮了物理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系，將物理臨近的節(jié)點(diǎn)劃分到相同或者相鄰的單位網(wǎng)格坐標(biāo)自治域內(nèi)，即保證物理鄰近的節(jié)點(diǎn)在覆蓋網(wǎng)上也鄰近，從而可以有效減少由于拓?fù)洳黄ヅ涠a(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)性能下降等問題。考慮到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)擾動(dòng)，引入閾值區(qū)域，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)開銷。針對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出基于索引節(jié)點(diǎn)的資源查找策略RSHIN。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該資源查找策略可以有效提升網(wǎng)絡(luò)查找效率，降低數(shù)據(jù)訪問延遲，提高了網(wǎng)絡(luò)可用性及可擴(kuò)展性。下一步工作中將主要研究如何進(jìn)一步減少信息的冗余與節(jié)點(diǎn)能量的消耗問題。

作者：周欣欣 高越 宋人杰 余鎮(zhèn)危 單位：東北電力大學(xué)，信息工程學(xué)院 中國礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電與信息工程學(xué)院