移動P2P網絡拓撲構造策略范文
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《計算機應用研究雜志》2015年第五期
1.1分層虛擬網格坐標自治域的建立定義1：虛擬網格坐標自治域是一個邏輯的二維笛卡爾坐標空間，x軸和y軸將該平面劃分成4個象限，以x軸的右半軸開始沿逆時針方向分別將四個象限命名為1、2、3和4象限。定義2：分層虛擬網格坐標自治域是虛擬網格坐標自治域的擴展，將每個象限繼續(xù)劃分為4個子象限，以此類推，逐層劃分，就形成了分層虛擬網格坐標自治域。
1.2構建基于網格坐標自治域的覆蓋網考慮到無基礎設施支持的MANET網絡中，移動節(jié)點通常沒有固定的IP地址，無法使用基于IP地址前綴的方法來構建拓撲匹配的覆蓋網，因此，本文將采用更為通用的通信時延作為距離的度量單位，構建具有物理位置感知的移動P2P覆蓋網絡，能夠有效避免因拓撲不一致而產生的繞路現(xiàn)象，從而降低用戶訪問時延，提高網絡工作效率。
1.3節(jié)點移動性處理為了減少節(jié)點移動所帶來的擾動，當節(jié)點在單位網格坐標自治域內小范圍移動時，對節(jié)點的相關信息可以不做修改，只有當節(jié)點移出所屬的單位網格坐標自治域時，才更新節(jié)點信息，并分配其新的虛擬坐標，這樣可以大幅度減少拓撲維護信息，降低網絡開銷，節(jié)省寶貴的無線帶寬資源。更進一步，考慮到那些位于網格自治域邊緣的節(jié)點，隨著節(jié)點移動，會出現(xiàn)節(jié)點在不同網格自治域間來回切換的情況，如果頻繁更新信息，會造成網絡開銷過大。為了解決這一問題，本文引入一個閾值區(qū)域，如圖2中灰色地帶所示，假設位于112Z網格自治域的節(jié)點要離開112Z進入到閾值區(qū)域（a點），隨著節(jié)點移動，即使節(jié)點已經移動到113Z網格自治域時（b點），但是并不對該節(jié)點進行信息更新，直到節(jié)點離開閾值區(qū)域（c點），再更新節(jié)點的位置信息。通過引入閾值區(qū)域，能夠有效減少節(jié)點移動性擾動所帶來的通信維護開銷。
1.4索引節(jié)點的選取在每個單位網格坐標自治域內選出一個索引節(jié)點(索引節(jié)點選取方法由文獻[9]給出)，然后在上一級網格坐標自治域內重新選出索引節(jié)點，直至第0級。當新節(jié)點加入網絡時，要將其所共享的資源信息列表發(fā)送給其所在的網格自治域的索引節(jié)點，即單位網格自治域內的索引節(jié)點是需要存儲其域內所有節(jié)點的資源索引信息、節(jié)點標識、區(qū)域標識等?？紤]到更高一級的索引節(jié)點如果維護其域內全部資源和節(jié)點的信息，會導致索引節(jié)點維護信息量過大，因此，我們規(guī)定，較高一級的節(jié)點只維護粗略的信息，這里引入一個布爾變量，標識該區(qū)域是否有該資源，這樣可以大大降低高級的索引節(jié)點信息維護量?？紤]到系統(tǒng)容錯性和健壯性，同時選取一個備份索引節(jié)點。當索引節(jié)點失效時，可以利用備份索引節(jié)點進行資源搜索。
2資源查找策略(RSHIN)
下面，針對文中提出的網格坐標自治域結構，提出基于分層索引節(jié)點的資源查找策略RSHIN(ResourceSearchingStrategybasedonhierarchicalIndexNode).(1)當節(jié)點S需要查找某一資源R時，S首先向其自身所在的單位網格坐標自治域索引節(jié)點I發(fā)出資源查尋請求。如果索引節(jié)點I保存有存儲資源R的源節(jié)點D的信息，則索引節(jié)點I將節(jié)點D的標識信息發(fā)送給S，S與D建立連接；否則轉（2）。(2)如果索引節(jié)點I沒有關于資源R的相關索引信息，則將查詢請求轉發(fā)給上一級索引節(jié)點，若仍然沒有則再往上一級索引節(jié)點進行查詢，逐級往上直至查詢到頂級索引節(jié)點為止。若某一級索引節(jié)點存有資源R的信息，則轉(3)。若均沒有，則本次查找失敗。(3)如果某一級索引節(jié)點存有資源R(表示該資源的布爾值為l)的信息，則該索引節(jié)點向其子區(qū)域的索引節(jié)點發(fā)出查詢，逐級往下直至找到擁有該資源的詳細索引信息的單位自治域內的索引節(jié)點為止，然后按著逆向步驟，則該級索引節(jié)點將節(jié)點D的標識信息發(fā)送給S，S與D建立連接。最終完成移動P2P網絡資源查找與共享。
3仿真實驗與結果分析
為了驗證本文所提出的資源查找策略RSHIN的有效性，我們采用NS-2作為仿真實驗平臺，進行了仿真實驗。實驗場景參數(shù)設置：節(jié)點隨機分布在4000m4000m的區(qū)域內，節(jié)點移動速度為0-10m/s，節(jié)點通信半徑為200m。移動節(jié)點個數(shù)在120-600之間，節(jié)點移動模型符合隨機路點模型[10]，假設節(jié)點停留時間為10s。無線通信帶寬為2Mbps，MAC層采用802.11協(xié)議。假設每個節(jié)點擁有10個共享資源，資源大小為512字節(jié)，發(fā)送速率為300kbps，發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點隨機產生，每秒產生10個節(jié)點。文獻[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構，為了評價本文提出的查找策略，將RSHIN與CAR策略進行仿真實驗，并對結果做出分析。首先考察不同節(jié)點密度對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。讓移動節(jié)點個數(shù)從120-600之間，每隔60取一個值，仿真實驗結果如圖3所示。可以看出，隨著節(jié)點數(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采用層級遞進的查詢策略，并根據(jù)節(jié)點的坐標與網格坐標自治域信息，可以快速定位到資源節(jié)點的位置，因此提高了資源查找效率。接下來考察不同節(jié)點密度對資源查找成功率的影響。如圖4所示，隨著節(jié)點數(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，當含有資源的葉子節(jié)點對應的資源節(jié)點失效時，資源查詢信息快速地通過其域內的后備索引節(jié)點找到目的節(jié)點，從而可以有效降低索引節(jié)點失效而導致的性能下降，并且大大提高了資源查找成功率。
4結束語
本文提出了一種具有拓撲匹配的網格坐標自治域結構，充分考慮了物理網絡中節(jié)點之間的位置關系，將物理臨近的節(jié)點劃分到相同或者相鄰的單位網格坐標自治域內，即保證物理鄰近的節(jié)點在覆蓋網上也鄰近，從而可以有效減少由于拓撲不匹配而產生的網絡性能下降等問題。考慮到節(jié)點移動擾動，引入閾值區(qū)域，可以有效降低網絡維護開銷。針對該拓撲結構，提出基于索引節(jié)點的資源查找策略RSHIN。仿真實驗結果表明，該資源查找策略可以有效提升網絡查找效率，降低數(shù)據(jù)訪問延遲，提高了網絡可用性及可擴展性。下一步工作中將主要研究如何進一步減少信息的冗余與節(jié)點能量的消耗問題。
作者：周欣欣 高越 宋人杰 余鎮(zhèn)危 單位：東北電力大學，信息工程學院 中國礦業(yè)大學 機電與信息工程學院
