（通信与信息系统专业论文）无线p2p文件共享系统中若干关键技术研究.pdf

北京邮电大学博士学位论文 独创性(或创新性)声明 f|f y1 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名笸亟 吼 no，；。略 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定) 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名序】；f耋本人签名：壁望 日期： 兰丝：z：哆 导师签名：多墨4兰 日期：垄缝：z：鲨 本论文由下列项目资助 国家自然科学基金面上项目 适用于p2p应用的无线ad hoc网络新型路由协议研究 (编号：60672124) (时间：20072009) 国家863研究计划项目 适用于无线中继网络的多级协作组播广播技术 (编号：2009aa012246) (时间：2009-2010) 异构无线网络中具有主动特性的资源管理技术 (编号：2007aa012221) (时间：2007-2009) 认知网络中具有自主学习特征的智能qos技术 (编号：2009aa01221 1) (时间：2009-2010) 国家自然科学基金重点项目 基于认知的无线资源管理与利用 (编号：60832009) (时间：20092012) ii 北京邮电大学博士学位论文 摘要 无线p2p文件共享系统中若干关键技术研究 摘要 随着通信技术和互联网应用的不断发展，传统应用层所采用的服 务器客户端的服务架构已经不能很好满足大量用户的访问需求，出 现了许多基于p2p(peer-topeer)技术的商业应用，采用对等通信的 思想将网络边缘的用户和终端设备连接起来，提供点到点的直接服 务。在p2p技术所构建的应用层虚拟网络中，所有终端都被映射成为 对等的节点，同时兼任服务器和客户端的角色，彼此间共享文档数据、 存储空间、计算能力等资源，可以实现即时通讯、影音点播、搜索资 料、分布式计算等各种娱乐和科研活动，吸引了世界各地的用户加入。 其中最受欢迎的是p2p文件共享系统，它允许用户在网络内数以万计 的节点所建立起来的丰富资源中寻找所需要的目标文件，同时提供自 己的可用资源列表，为他人提供方便，实现互相协助，文件共享。 人们随时随地接入网络的需求随着无线通信技术的进步逐渐得 到满足，相关的应用服务也开始由有线网络向无线网络过渡。现有 p2p文件共享系统的设计实现都基于有线网络，要想在无线环境中大 规模推广，还需要解决一系列问题，特别是底层传输情况的改变对于 上层应用的影响，例如用户终端随机移动，无线链路不可靠，设备能 量受限，节点失效风险增加，网络拓扑结构频繁变化等。对此研究人 员已经展开探索，取得了大量成果，但是现有研究都集中在资源发现、 安全保障、激励措施等热点领域，没有对文件共享的流程进行深入分 解讨论，并且所提出的算法对适用环境有所限制，可扩展性较差。本 文针对无线p2p文件共享系统所面临的挑战，紧密围绕文件共享的关 键步骤展开探讨，既立足于现有研究成果，又充分考虑无线环境，兼 顾有效性和可靠性，针对实现共享的主要环节进行逐步分析，提出相 应的解决方法。主要的工作和创新点如下： l- 提出了一种无线p2p文件共享系统的结构模型，通过分层架构对 数量庞大的节点进行组织，规定了普通节点和簇头节点的功能、 iii 北京邮电大学博士学位论文 摘要 职责，共享文件的存储管理方式，系统初始化和运营维护的相关 机制，具有良好的可扩展性和灵活性，支持多关键字和多粒度的 模糊搜索。 2 设计了与上述新型结构模型相配合使用的资源搜索算法，在路由 表中引入远端连接，通过人为构建符合小世界特性的网络，将查 询消息的转发范围从邻居簇扩大到远端簇，从而极大提高了文件 查询的效率，降低了网络开销，改善了系统性能。 3 提出了适用于无线p2p网络的最优文件持有节点选择标准，即始 终协调最优准则，代替传统有线网络中使用的最小跳数准则。全 面考虑了无线通信环境中的主要影响因素，可以设置不同的评分 细则从而选出符合不同侧重要求的节点。运用模糊信息综合理论 建立数学模型，并根据实际情况对算法实现流程进行了设计。该 算法能够与各种p2p资源搜索协议配合使用，在文件成功传输率 和文件传输时间等方面表现良好。 4 设计了无线p2p文件传输中对失效路由的恢复机制，通过构建松 散的聚群集合，实现对下一跳节点突然失效状况的及时发现和迅 速反应。为了确定适合的备用节点，对集合中的所有节点进行周 期性的信息收集和失效风险评估。为此引入了模糊认知图理论， 分析无线环境下导致节点失效的可能原因和影响程度，建立模型 并得到节点失效风险的衡量规则。该机制具有良好的独立性和灵 活性，可以与各种传输路径选择算法配合使用，为节点之间顺利 完成文件传输提供了保障。 关键词：p2p文件共享系统无线通信环境p2p系统架构p2p网络拓 扑资源搜索文件持有节点选择路由失效恢复小世界网 络模糊信息综合理论模糊认知图 iv j 北京邮电大学博士学位论文 abstract research on the key technologies for wireless p2p files sharnvg systems ab stract along with the development of the communication technologies and the prosperity of internet applications，traditional service providing pattern of serverclient in application layer could not fulfill massive accessing requirementsthen a series of commercial services based on p2p(peer-to-peer)networks have achieved huge success with equal communicating positions among entitiesusers and terminals are connected by virtuallinks and provided with direct endtoend serving they play both server and client roles in the networks to share various kinds of data，storage space，computing capacities and other resources depending on p2p,thousands of users all around the world could enjoy instant communication，online movie and music，files searching。 distributed computing and many other entertaining and academic activitiesthe most popular application is p2p files sharing systems， which support looking for target files among numerous databases and encourage abundant users to offer help to others with their own resources wireless communication technologies make people may access to networks anywhere and anytimerelative service demand from wireless users has also increasedexisting p2p files sharing systems are all designed for wired networks，which need further revisions to adapt to wireless environmentunderlying transmission condition changes resuk in obvious influence on upper layers，such as random moving of users， unreliable wireless links，energylimited terminals，increasing failure risk of nodes and frequent topology changesalthough researchers have proposed many algorithms in wireless p2p area，it mainly focuses on v 北京邮电大学博士学位论文 abstract resource discovering，security schemes，incentive methods and other hot fields，lacking thorough analysis on sharing procedure and scalablitythis thesis would concentrate on the key steps of files sharing in wireless p2p system，combining existing research results with wireless transmission environments，proposing effective，flexible and reliable approaches from several important respectsthe main contributions of the thesis are listed as follows： 1proposing effective network architecture for wireless p2p files sharing systemsabundant nodes are organized by hybrid layers， with head nodes and ordinary nodes shouldering respective responsibilitiesthe shared files are stored in the database for fuzzy and multiplekeys lookuprelative running and maintaining schemes are also designed for scalable and reliable requirements 2designing the p2p resource discovering algorithm matching the proposed network architectureremote links are introduced into the routing table to construct a manmade smallworld networkthe looking up request is forwarded not only to neighbor heads，but also to remote clustersthis may greatly improve the files discovering efficiency,decreasing overhead and enhance the system performance 3proposing the optimal files holder selection criteria used in wireless p2p files sharing systems，alwaysoptimally-coordinated rule(aoc)， to replace the traditional minhops rule designed for wired networks based on the through consideration on wireless environment，the new aoc algorithm may adjust the evaluating stress to different cases fuzzy knowledge combination theory is introduced to construct the mathematic model，and the concrete procedure of the algorithm is realizedit may adapt to various p2p resource discovering protocols with good improvement on successful transmission rate and files transmission time compared to min-hop-based algorithm 4designing a novel path failure recovery scheme for wireless files transmission in p2p networksloosely-connected groups are vi 北京邮电大学博士学位论文 abstract organized to realize quick detecting and recovering for failed next-hop nodesin order to decide the most proper backup node， periodic information collection and failure risk evaluation are carried out by all the nodes in the groupfuzzy cognitive maps theory is introduced to set up the node failure risk model for wireless p2p files sharing and deduce the evaluating ruleit has been proved that the new scheme could work with various routing protocols to provide successful file transmission among nodes with good scalable and flexible behavior key words：p2p files sharing systems，wireless communication environments，p2p system architecture，p2p network topology,resource discovery,files holder selection， path failure recovery,smallworld network，fuzzy knowledge combination theory,fuzzy cognitive maps vii 124无线p2p技术的研究现状9 13本文的主要贡献和章节安排10 131本文的主要创新性工作10 132本文的章节安排。12 参考文献l 3 第二章p2p文件共享系统1 8 21引言18 22 p2p系统架构22 221按照分散度分类22 222按照耦合度分类。24 23 p2p资源搜索26 231非结构化经典算法26 232结构化经典算法29 24文件持有节点选择与文件传输32 25激励机制、安全运营及其他34 26无线环境带来的影响和现有解决方法35 261无线网络的特点和影响。36 262现有的无线p2p文件共享研究37 27本章小节38 参考文献39 第三章无线p2p文件共享系统中的资源搜索。45 31引言45 32系统模型46 北京邮电大学博士学位论文 目录 321拓扑结构46 322节点功能48 323资源存储50 324系统运营和异常处理51 33资源搜索算法设计53 331查询流程53 332簇内查询54 333簇问路由54 34理论分析56 341簇规模的限定56 342簇问路由效率。：57 35仿真结果58 351仿真场景设置一59 352文件查询请求消息的覆盖范围59 353平均搜索跳数60 354网络直径62 36本章小节62 参考文献63 第四章无线p2p文件共享系统中的最优文件持有节点选择66 41引言66 42无线p2p网络中的文件持有节点选择标准68 421无线通信环境68 422始终协调最优准则70 43模糊信息综合理论7l 431数学模型的提出71 432信息源地位平等72 433信息源赋予权重值74 44算法设计75 441参数选取75 442无权重情况76 443有权重情况80 45仿真分析82 451仿真场景设置82 522路由失效的应对机制94 53模糊认知图理论95 531数学模型的提出95 532因果影响的计算96 54算法设计98 541参数选择99 542建模与分析1 00 543聚群机制102 544算法流程103 55仿真分析1 06 551仿真场景设置106 552失效恢复时间106 553文件传输时间108 56本章小节109 参考文献110 第六章结束语1 1 4 61本文的工作总结114 62下一步研究计划。115 附勇之1 l 6 致谢1 1 7 作者攻读学位期间取得的学术成果目录118 x 北京邮电大学博士学位论文 图表目录 图表目录 11抽象的p2p系统功能结构示意图7 12本文的主要工作11 21 p2p文件共享系统的结构模型18 22 p2p文件搜索与共享的流程2l 23集中式系统结构23 24部分分布式系统结构23 25全分布式系统结构24 26洪泛机制的工作过程27 27漫步法的工作过程27 28流言算法的工作过程28 29超立方体结构示例29 210 chord环型结构示例30 21l can网状结构示例30 212树型结构示例3l 213蝶型结构示例3l 214基于最小跳数准则的节点选择机制33 31成簇的网络拓扑结构47 32簇内节点的功能职责48 33三维资源存储表示例50 34簇分裂示例52 35簇间路由模型55 36 nw模型的小世界网络构造。55 37文件查询请求消息的覆盖范围(节点静止)60 38文件查询请求消息的覆盖范围(节点移动，速度03 hns)60 39平均搜索跳数(节点静止)。61 310平均搜索跳数(节点移动，速度03 kms)61 311网络直径62 41无线p2p系统的通信环境69 42模糊信息综合理论的应用实例72 43基于始终协调最优准则的最优文件持有节点选择算法示例78 44无权重情况下的最优文件持有节点选择算法流程图79 xi 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 北京邮电大学博士学位论文 图表目录 图45有权重情况下的最优文件持有节点选择算法流程图81 图46文件成功传输率(20个节点)84 图47文件成功传输率(50个节点)84 图48文件成功传输率(80个节点)85 图49文件传输时间(20个节点)85 图410文件传输时间(50个节点)86 图411文件传输时间(80个节点)86 图51日常生活中的fcm建模示例96 图52节点失效风险的fcm模型100 图53基于聚群机制的失效路由恢复算法示例103 图54无线p2p文件共享系统中的协议栈结构104 图55基于聚群机制的失效节点恢复算法流程图105 图56失效恢复时间(节点静止)106 图57失效恢复时间(节点移动最大速度15 ms)107 图58失效恢复时间(节点移动，最大速度3 ms)107 图59文件传输时间(15个节点)108 图510文件传输时间(30个节点)109 图511文件传输时间(60个节点)109 表21 p2p系统架构的特点26 表22非结构化资源搜索算法性能比较一29 表31 hello消息格式5l 表32文件查询请求消息处理流程。53 表33主要仿真参数设置59 表41始终协调最优准则的参数设定说明77 表42不同权重赋值规则下的最优文件持有节点选择示例一80 表43主要仿真参数设置83 北京邮电大学博士学位论文 第一一章绪论 第一章绪论 由p2p技术(peer-topeer)衍生而来的多种商业应用在有线网络中取得了巨 大成功，吸引了世界各地的大量用户，为人们共享资源与交流合作提供了广阔的 平台。学术界对p2p技术的研究由来已久，涉及应用、通信、安全等各个领域， 取得了丰硕成果。随着用户对无线移动接入因特网、随时随地享受各种服务的需 求增长，将基于有线网络设计的p2p应用推广到无线网络，成为非常有研究意 义和实用价值的热点领域。底层传输环境的改变对于上层服务的影响是多方面 的，这需要在深入探索的基础上提出有效的解决方案。 11选题背景 p2p技术又称为对等通信技术，近年来随着各种商业应用的成功推广而为人 们所熟悉。网上即时聊天、在线影视点播等娱乐活动，以及搜索下载资料、分布 式计算等学术研究，都可以借助p2p技术所搭建起来的平台，将世界各地的用 户和终端联系在一起【l】。这些应用建立起来庞大的虚拟网络，将登录其中的用 户及设备映射成为彼此对等的节点，直接建立联系，互通有无，不再设立专门的 服务器集中存放数据资料，而是希望用户都能做出贡献，同时担任服务器和客户 端的角色，将网络边缘分散的存储空间、计算能力、带宽能量等资源集中起来加 以利用。 应用p2p技术组建起来的网络属于应用层的覆盖网(overlay network)，即 在真实的物理通信网络之上建立的虚拟逻辑网络。这个网络有独立的拓扑结构和 节点组织管理方式，与其下的通信网络既相互区别，又相互影响。在覆盖网中可 以通过虚拟各个节点的功能职责，实现各种类别的应用，构建多样化的服务提供 模式，并且支持多个网络的叠加，而无需改变底层硬件设备，这对于提高对各类 用户的兼容性和降低网络运营成本而言，无疑有着巨大的吸引力。p2p网络就是 覆盖网的典型成功案例f2】。它的兴起改变了以服务器客户端模式工作的传统服 务架构，具有良好的可扩展性、抗攻击性和组网灵活性，能够避免访问过于集中 导致的“局部热点”问题，平衡网络中的负载和流量，极大丰富了因特网内可以 共享的资源。 目前，基于p2p技术的应用种类繁多，涉及多个领域，而其中最受欢迎的 当属p2p文件共享系统。这类应用以napster【3】和kazaa41为成功代表，节点之 间通过协助和共享的方式获取各类技术资料、影音文件、软件书籍、图片文档等， 北京邮电大学博士学位论文 第章绪论 充分体现了对等通信的实用价值。网络不再将各类文件集中存放在服务器的数据 库里，而是由各个用户提供自己可以分享的资源列表，实现了数据存储的分散化 和丰富化；当节点需要查找文件时，系统调用相关模块和算法展开资源搜索，在 网络中寻找符合要求的目标文件，并在双方节点之间直接进行通信和传输，避免 了流量集中于某些热点地区而造成的拥塞现象和用户满意度下降，减少了“单点 失效”带来的网络安全隐患。 p2p文件共享系统的兴起和发展都基于有线网络，特别是因特网的大规模部 署，让世界各地的用户都加入其中，共享和搜索各种资料。学术界的相关研究也 大部分基于有线传输环境。固定的节点、可靠的连接、丰富的带宽和能量资源有 利于建立一个稳定、高效的系统。研究人员提出了多种系统架构和网络拓扑15l， 研究如何更好的组织、管理数量庞大的节点及资源，分担、执行必不可少的控制 和监督职责。实现文件共享的首要步骤，是确定目标文件的位置。这里包括了如 何对目标文件的特征进行描述【9】和展开文件查询的方法il们。为此，出现了多种 经典的p2p资源搜索算法，如gnutella】和chordil2】，在查询效率和网络开销之 间谋求适合的平衡点。这也是研究人员最为关注的领域，不断有新的搜索方法问 世，谋求对系统性能的不断改进13-15】。在返回了有效的查询结果之后，接下来 要从中选择最优的文件持有节点，建立联系，索取文件。这里一般采用最小跳数 的准则对备选节点进行排序，根据需要选择某个或若干个节点。文件传输的阶段 更多依赖于底层物理网络，相关路由选择算法06q8j有很多经典的协议可以采用， 而与之配合的路由失效恢复机制【l 9】一般采取冗余路由备份的方法。另外，为了 促进整个系统的正常运营，研究人员还提出了多种激励措施促进节点之间的互助 分享120】，设计了抵抗恶意攻击的安全机制【211，改进了描述目标文件的关键字映 射方法【221等。 通信技术的发展以更方便、快捷、高效的满足用户随时随地接入网络的需要 为目标。在有线网络把世界各个角落的设备都连入因特网之后，无线技术的迅速 发展将人们从固定终端的面前解放出来，真正实现了移动办公和移动娱乐。各种 基于无线技术的应用不断涌现，将有线网络带来的丰富体验引入无线环境中，创 造了新的商业服务模式和学术研究热点。p2p文件共享系统在有线网络中的成功 商用，促进了其向无线网络的推广，这中间出现了一系列的问题和挑战。虽然 p2p技术的主要思想是在虚拟的覆盖网中提供对等通信的服务，但是它的实现与 底层的物理网络不可分割。有线传输环境的相对稳定性与无线传输的复杂多变性 对整体系统的运行影响巨大。研究表明，将现有的有线p2p协议直接应用于无 线网络，会导致查询效率和搜索成功率大幅度恶化，系统开销明显提高，整体性 能严重下降12引。为此，需要在深入分析无线传输环境对高层应用影响的基础之 2 北京邮电大学博士学位论文 第一章绪论 上，重新设计适合于无线p2p文件共享系统的整体解决方案，包括系统结构、 资源搜索、文件持有节点选择和路由失效恢复等，使得各个协议既有独立性和灵 活性，又能互相配合，良好运作。 本文将针对无线p2p文件共享系统中的关键技术展开研究，按照文件共享 所必经的步骤，紧密联系无线通信环境的特点，逐步讨论“去哪里寻找目标文件”， “如何处理查询结果，选择最优文件持有节点”和“怎样应对文件传输中频繁出 现的路由失效等重要问题，建立适当的模型，引入多种数学工具，提出相应的 解决办法。上述设计的算法、机制都具有良好的可扩展性和健壮性，非常适合无 线p2p文件共享的推广应用。 本章其他小节内容安排如下：12节总结了p2p技术的发展过程、应用领域、 有线和无线领域的研究现状；13节归纳了本文的主要工作，介绍了后续章节的 内容安排。 12研究现状及研究意义 p2p的概念由来己久，早期的arpanet24j和usenetl25】都属于分布式系统， 支持分散用户之间直接传输文件和进行通信。后来随着因特网的迅速发展，服务 器客户端的服务模式深入人心，直到上个世纪90年代以napster为代表的音乐 共享系统迅速风靡世界，p2p技术衍生而出的各类应用开始重新吸引人们的目 光，在娱乐和科研方法方面都带来了新的体验。这里回顾p2p技术的发展历史 和研究现状，能够更好的理解对等通信的意义和研究价值。 121 p2p技术的发展过程 p2p技术的发展历史与因特网的演进过程是密不可分的。早期的因特网中， 用户的终端设备较为简陋，存储能力和计算能力受到硬件价格的限制，仅能支持 简单应用和初步满足自身需求。网络中设置了多个大型服务器，拥有较为充裕的 磁盘空间、较高的网络带宽和较快的硬件处理速度，价格昂贵，能够为许多用户 同时提供服务。当时的服务种类较为单一，用户数量有限，这种服务器客户端 的服务提供模式能够将网络功能集中到核心地区，兼顾了实际硬件设施条件，可 以满足系统需求。随着网络规模的扩大和宽带用户数量的增长，这种集中服务模 式也己从单一服务器扩展为集群服务器、并行服务器和分布式服务器等，但是面 临的压力日趋增加，逐渐难以满足用户需求，并且容易形成“单点失效的隐患 第一章绪论 经历了三个阶 点的存在。与 传统的服务器不同，此时的数据库中存储的不再是具体资料，而是具有目标资源 的节点的位置信息。普通节点通过访问目录服务器得知去何处寻找所需要的资 源，然后即与相关节点直接建立联系，展开传输。napster系统主要为广大用户 提供海量的音乐资料下载，受到热烈欢迎，开启了p2p服务模式的新时代。但 是由于涉嫌侵犯音乐版权，napster系统被迫关闭。网络中保留中心节点作为目 录服务器，是这一阶段p2p应用的主要特征。这种设计很好的解决了从散布在 网络各处的节点中寻找目标文件的问题，查询效率高，网络开销低，但是可扩展 性有限，同时仍然保留了传统架构中的“单点失效”问题，抗攻击性较差，存在 较严重的安全隐患。 第二阶段：以cmutella为代表的完全分布式结构 当目录服务器的存在对网络扩展的限制越来越严重时，研究人员开始从另外 一个方向重新设计拓扑结构，于是出现了完全分布式的系统。所有的节点无规律 分布，如gnutella，或者进行简单的分区管理，如fasttrack261。文件查询采用洪 泛机制，即通过在网络中广播或多播查询消息，从邻居节点开始搜索目标文件， 并逐跳向外围扩散。广受欢迎的应用程序edonkey27lemule281和bittorrent291从 结构上看也属于这一阶段，它们的主要思想是同时向多个用户散布同一个文件， 每个节点同时下载和上载一个文件的不同部分，互通有无，从而加快文件传输的 速度。这种完全分布式的结构取消了高度集中的中心节点，对于普通节点的行为 采用完全放任的管理方式，能够很好适应节点频繁加入或退出的环境，网络的健 壮性得到了增强，抗恶意攻击的能力提高了。但随之而来的是查询效率降低和网 络开销增加，在最坏的情况下需要将资源搜索消息覆盖整个网络才能返回查询结 果，导致了不可忍受的漫长等待时间，产生了占用大量带宽的冗余消息。 第三阶段：以chord等为代表的结构化网络 为了解决分布式拓扑和查询效率之间的矛盾，研究人员提出将网络中的节点 按照一定逻辑法则进行排列、组织和管理，同时建立标识、区别文件的关键字到 4 北京邮电大学博士学位论文 第一章绪论 节点编号之间的映射关系，将文件的位置信息存放在具有与其关键字相对应编号 的节点中。按照节点的排列形式不同，出现了超立方体、环型、网格、树型、蝶 型等多种拓扑，相应的资源搜索算法也遵循了不同的路由选择方式，但是中心思 想都是一致的，即每跳都将消息转发到与关键字更加匹配的节点上。因此，结构 化的网络中，查询消息经过有限的转发次数就可以到达目标节点。在获得了所需 文件的信息后，提出查询请求的节点可以与持有文件的节点进行直接联系。这种 系统结构在提高了查询效率的同时，有效降低了网络开销，同时保持了节点间的 对等关系和分布式拓扑，避免了功能和数据的集中，增强了抵抗恶意攻击的能力。 不过为了维持节点之间的逻辑关系，需要花费较多的日常系统开销，并且节点的 加入和退出所经历的操作都比较复杂，不适合用户频繁变动的环境。 目前研究人员关注的主要是第二阶段和第三阶段的系统，不断有新型或者改 进的机制提出，从通信、搜索、安全等多个领域完善系统性能。上述这些发展都 是基于有线网络的，而当无线p2p应用的呼声日益高涨时，还需要进一步根据 传输环境的变化研究适合的架构。潜在的需求推动技术的进步，进而促进了应用 的不断创新和服务质量的持续提升。p2p技术的后续发展必然也遵循这个规律， 在无线网络中的应用已经成为新的研究热点。 122 p2p应用的主要领域 p2p技术的迅速发展与其成功的商业、科研应用是不可分开的。对等通信的。 思想不仅仅可以用于分享文件、即时联络，还可以将分散的硬件设备和处理能力 虚拟综合成一个整体，实现对网络边缘节点资源的有效利用。下面列出了p2p 应用的主要领域，涉及有线网络的多个方面。这也从侧面反应了将p2p技术推 广到无线环境所具有的潜在应用价值是非常巨大的。 文件共享 如果每个用户仅提供一个共享文件，那么在由全球用户组成的庞大网络中就 有海量的资源可供搜索，这是任何集中式数据库所不能相比的。这里的文件包含 了影音、图片、软件、技术文本、电子书籍等各种资料。因此文件共享成为最受 欢迎的p2p应用类型，典型代表有napster、edonkey、emule和bittorrent等。 用户一方面通过将自己拥有的文件发布到网络中以帮助他人，另一方面寻找并下 载所需要的文件。这样的服务方式吸引了大量用户不断加入，同时系统的资源不 断丰富，规模不断扩大。 分布式存储 在高速网络遍布的今天，将数据集中存储在某个大型服务器与分散放置在若 大学博士学位论文 第。章绪论 设备上并不会造成访问时的不同体验，前者还需要购买专门的设备，而后 充分利用节点的空闲存储空间。p2p技术的出现促进了分布式存储的推 eanstore301和pastt31】就是其中的代表。这样的虚拟数据库将集中访问的 散化，具有良好的可扩展性、健壮性和安全性，成本较低而性能较好。 端协作 在的办公环境已经由传统的办公室延伸至虚拟网络，人们期望不论身处何 以自由、安全的与同事或客户商讨事务、处理问题、交流沟通。p2p技术 供了这样一个平台。groove32l和zaplet331等远端协作类应用使得分散在 小组成员无需管理员的协助就可以共享文档、共享修改和及时讨论。这样 高了办公效率，节约了办公成本，同时保留了各种记录文档，特别适合具 分支机构的大型企业使用。 即时通讯 网络的建立为人们之间实时交流提供了便利条件，即时通讯类的服务也逐渐 成为工作、生活、娱乐中不可缺少的通信工具。p2p技术强调节点之间的直接联 系与对等地位，非常适合这类利用文字、语音或视频进行在线聊天的服务场景。 典型的应用包括qq 134l、msn351和skype361等。用户申请账号后可以登录服务 器通过身份验证，然后进入具有数以万计用户的虚拟交流平台，找寻好友。这时 节点之间的即时数据或语音通信都是采用p2p的方式直接进行的。 应用层广播组播 在应用层构建覆盖网为节点赋予虚拟的拓扑关系和功能角色，可以在不改变 物理网络设施的前提下增加网络所能提供的服务种类。在基于p2p技术建立的 覆盖网中，可以采用应用层广播组播的手段实现视频点播、事件通知等多种应用， 如coolstreaming371。观看同样视频的用户可以分在同一组播组，后加入的用户 就可以从其他用户处获取视频数据，避免了大量访问集中于单独服务器的情况出 现，均衡了网络流量，提高了传输速度。 分布式计算 科学研究中往往需要借助高速大型计算机来处理大量复杂数据，造价高昂， 维护繁琐。p2p技术可以将分散在网络边缘的节点集中起来，利用其剩余的cpu 计算能力，联合完成任务。这在项目setihome 138,39、foldinghome 140l和 distributednet【4i】等中间已经得到充分证明。复杂的任务被分割成为小块，分配到 各个参与节点中，再将计算结果进行综合处理。这样节省了大量的科研经费，同 时并不影响普通用户对终端设备的正常使用。 其他 p2p对等通信的思想还广泛应用于在线游戏、分布式数据库、分布式搜索引 6 界面等工具。服务层针对不同的应用提供系统级服务，包括资源搜索所需的关键 字映射、相关文件列表的管理等，还有对各项任务进行调度处理。覆盖网特性管 理层主要处理p2p覆盖网络中的安全性、可靠性、稳健性和