（通信与信息系统专业论文）移动对等网络mp2p资源搜索策略研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：随着移动通信的快速发展，移动网络带宽逐渐增大、移动终端的处理能力 越来越强。在i n t e m e t 网络中应用广泛的p 2 p 技术将向移动设备扩展，得到更广泛 的应用，在移动环境中实现p 2 p 应用对于运营商和用户都有非常重大的意义。移 动对等网络( 简称移动p 2 p ) 具有的网络拓扑结构不断变化、节点自身资源受限、 网络层编址和标识机制不统一等特点，使得移动p 2 p 应用存在网络体系结构、资 源搜索策略、数据分发、安全和隐私问题、可靠传输等一系列关键技术问题。本 文重点研究了移动p 2 p 中两个关键问题：资源搜索策略和可靠传输。 对于资源搜索策略，目前的研究在灵活性、均衡性、适应性等方面始终存在 不足。本文从改进现有p 2 p 网络搜索模型以适用于移动p 2 p 网络的角度，设计一 种基于t a p e s t r y 的m - t a p e s t r y 资源搜索策略模型。该模型的主要思想是引入超级 节点，超级节点代替普通节点接入t a p e s t r y 系统，从而屏蔽普通节点的开销及路由 表频繁更新带来的可靠性问题；另外对节点按地理位置分区，避免了因哈希运算 导致i d 号相邻的节点实际相距较远。并对该方案进行理论和实验分析，证明它具 有更高的查找效率，适用于移动p 2 p 网络。 对于可靠性传输方面，移动p 2 p 网络固有特点使得直接引入t c p 协议存在一 系列问题。本文在分析现有技术的优缺点基础上，提出在移动p 2 p 网络中应用一 种可靠传输机制：跨层优化可靠传输机制，并在该机制中弓l 入传输层信息的反馈， 解决传输层与链路层重传定时器的影响问题。方案的主要思想是采用跨层优化机 制，综合考虑各层状态，建立跨层信息的交流，以达到各层性能最优化。对该机 制进行了理论上性能分析，适于引入移动p 2 p 网络。 关键词：移动p 2 p ；资源搜索；可靠传输；m t a p e s t r y ；跨层优化； 分类号：t n 9 1 9 7 2 ：u d c ：6 2 1 3 9 ； 北京交通大学硕十学位论文 a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t hf a s td e v e l o p m e n to fm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ，t h eb a n do fm o b i l e n e t w o r ki sb e c o m i n gw i d e ra n dw i d e ra n dt h em o b i l et e r m i n a t i o n sp r o c e s s i n ga b i l i t yi s g e t t i n gs t r o n g e ra n ds t r o n g e r p 2 pt e c h n o l o g yw h i c hi su s e dw i d e l yi ni n t e m e tw i l l e x t e n dt om o b i l ee q u i p m e n ta n db eu s e dm o r ew i d e l y i th a ss i g n i f i c a n tm e a n i n go f u s i n gp 2 pi nm o b i l ee n v i r o n m e n tf o ro p e r a t i o nb u s i n e s sa n du s e r s m o b i l ep e e r - t o p e e r n e t w o r k ( m p 2 p ) h a st h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sc o n t i n u o u s l yc h a n g e d n e t w o r ks t r u c t u r e ，s o u r c e l i m i t e dn o d e s ，n e t w o r ka d d r e s sm i s m a t c hw i t hi d e n t i f i c a t i o n m e c h a n i s ma n ds oo n a l lt h e s ec h a r a c t e r i s t i c sm a k eu s i n gp 2 ph a v et os o l v eas e r i a l p r o b l e m ss u c ha sn e t w o r ks t r u c t u r e ，r e s o u r c es e a r c h i n gs t r a t e g y , d a t ad i s s e m i n a t i o n ， s e c u r i t ya n dp r i v a c ya n dt r u s t yt r a n s m i s s i o n t w ok e yp r o b l e m s ：r e s o u r c es e a r c h i n ga n d t r u s t yt r a n s m i s s i o nh a sb e e ns t u d i e d f o rr e s o u r c es e a r c h i n g ，t h ee x i s t i n gr e s e a r c h e sh a v ed e f i c i e n c yi nf l e x i b i l i t y , p r o p o r t i o n a l i t y , a d a p t a b i l i t y am - t a p e s t r yr e s o u r c es e a r c h i n gm o d e lh a sb e e nd e s i g n e d b a s e do nt a p e s t r yf r o mi m p r o v i n ge x i s t i n gp 2 ps e a r c h i n gs t r a t e g yi no r d e rt ob e s u i t a b l ef o rm p 2 pn e t w o r kp e r s p e c t i v e t h em a i nt h o u g h ti si m p o r t i n gs u p e rn o d e a c c o r d i n gt h ea b i l i t yo fn o d e s a n dt h es u p e rn o d es u b s t i t u t e sf o ro r d i n a r yn o d et o a c c e s st a p e s t r ys y s t e m t h eo v e r h e a do fo r d i n a r yn o d ea n dr e l i a b i l i t yp r o b l e mc a u s e d b yu p d a t i n gr o u t i n gt a b l ef r e q u e n t l ya r es h i e l d e d i na d d i t i o n ，n o d e sa r ez o n e db a s e d o n g e o g r a p h i c a lp o s i t i o nt oa v o i dt h ei s s u et h a tt h ea d j a c e n tn o d e si ni d e n t i t ya c t u a l l yf a r a w a yw h i c hc a u s e db yh a s ho p e r a t i o n b e t t e rp e r f o r m a n c ei nm o b i l i t ys u p p o r t i v e ， r e l i a b i l i t y , e r r o r t o l e r a n c ea n dm e m o r yn e e da r ef o u n d e db a s e do na n a l y s i si nt h e o r ya n d e x p e r i m e n t a n di t ss u i t a b l et ob eu s e di nm p 2 pn e t w o r k i nt r u s t yt r a n s m i s s i o na s p e c t ，i tw i l lc a u s eas e r i a lp r o b l e m si fi n t r o d u c e st c p p r o t o c o ld i r e c t l y t om p 2 pn e t w o r k u s i n gat r u s t yt r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m 一- c r o s s l a y e r - o p t i m i z a t i o nt r u s t yt r a n s m i s s i o ni nm p 2 pn e t w o r ki sp u tf o r w a r d t h e m a i nc o n c e p ti s b u i l d i n g ac o m m u n i c a t i o no fc r o s s - l a y e ri n f o r m a t i o nt oa c h i e v e o p t i m i z a t i o nw i t h c o n s i d e r a t i o no fi n t e r a c t i o no fe a c hl a y e r p e r f o r m a n c eo ft h e m e c h a n i s mh a sb e e na n a l y z e di nt h e o r ya n dp r o v e di t ss u i t a b l ef o rm p 2 pn e t w o r k k e y w o r d s ：m o b i l ep 2 p ；r e s o u r c es e a r c h i n g ；t r u s t yt r a n s m i s s i o n ；m - t a p e s t r y ； c r o s s l a y e ro p t i m i z a t i o n ； c l a s s n o ：t n 9 1 9 7 2 ；u d c ：6 2 1 3 9 ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不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交通大学或其他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的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 密趁 i 签字日期：年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 籽垭 i 导师签名： 雾关 签字日期：k 彳年6 月倍日 签字日期：哆年占月驴日 致谢 本论文的工作是在我的导师吴昊教授的悉心指导下完成的，吴老师严谨的治 学态度、精深渊博的学识、兢兢业业的工作作风、谦虚的为人以及随和的性格， 都使我获益颇深、终生难忘。导师不仅在学术和科研方面给予了我不断的帮助和 谆谆教诲，而且在做人和道德情操的培养方面为我树立了光辉的榜样，使我更加 充满信心地为我的理想奋斗。在论文的选题、资料收集和整理、论文的写作和修 改、定稿等过程中，导师更是付出了极大的心血，时时刻刻给我以谆谆教诲和严 格要求。在此衷心感谢两年来吴昊老师对我的关心和指导。 在撰写论文期问，史晓华、李雪等同学对我论文的写作给予了热情帮助，在 此向她们表达我的感激之情。 另外也感谢我的爸爸、妈妈以及我的朋友们，他们的理解和支持使我能够在 学校专心完成我的学业。 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1移动p 2 p 应用前景 1 引言 p 2 p ( p e e r - t o p e e r ，对等网络) 技术【l 】，是通过在系统之间直接交换来共享资 源和服务的一种应用模式。网络的参与者共享他们所拥有的一部分资源( 处理能 力、存储能力、网络连接能力、打印机等) ，这些共享资源能被其它对等节点( p e e r ) 直接访问而无需经过中间实体。在p 2 p 网络中，每个节点的地位都是相同的，具 有客户端和服务器的双重功能，可以同时作为服务的使用者和服务的提供者。p 2 p 不仅是一种技术，更是一种思想，集中体现了i n t e m e t 平等、开放、自由的本质和 特性。 p 2 p 技术与目前网络中占主导地位的客户端服务器( c l i e n t s e r v e r ) 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) 。它具有以下 4 个主要特点。 ( 1 ) 去中心化 纯粹的p 2 p 网络是没有中心服务节点的，所有的节点既是客户机又是服务器， 这是p 2 p 最本质的特征。在p 2 p 技术结构中，中心的意义被大大弱化甚至完全消 失，去中心化的特点得到了更为充分地体现，网络结构扁平化的特点也进一步凸 显。 ( 2 ) 可扩展性 可扩展性是p 2 p 网络在理论上可以无限扩展，这是p 2 p 网络重要特性之一。 p 2 p 的思想是共享，用户越多能够提供的资源就越丰富。目前e m u l e 、b i t t o r r e n t 、 t h u n d e r 的用户数已经非常巨大，但仍在快速增长。 ( 3 ) 健壮性 由于p 2 p 网络中服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏 对其他部分的影响很小，故p 2 p 网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。 ( 4 ) 高性价比 p 2 p 网络可以有效地利用i n t e r n e t 中散布的大量普通节点，将计算任务或存储 资料分布到各个节点上，利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算 和海量存储的目的。网络中的大量空闲资源可以得到充分利用，从而可以用更低 的成本提供更高的计算和存储能力。 北京交通大学硕士学位论文 正是由于p 2 p 的上述特点，p 2 p 技术的应用非常广泛【2 】，典型应用包括：文件 和内容共享，例如n a p s t e r 、e m u l e 、b i t t o r r e n t 、t h u n d e r 等；分布式计算和存储共 享，例如s e t i h o m e 、a v a k i 、p o p u l a r p o w e r 等；协同处理与服务共享平台，例如 j x t a 、j 2 e e 、n e t m y s e r v i c e 等；通信交流与协作，如s k y p e 、m s n 、o i c q 等。 随着移动通信的快速发展，移动网络带宽越来越大、移动终端的处理能力也 越来越强。目前无线接入( 包括手机上网) 比例已经超过4 6 3 ，移动上网费用方 面也较从前有明显降低。手机上网已经逐渐形成风气，根据c n n i c 在2 0 0 9 年1 月1 3 同发布的第2 3 次中国互联网络发展状况统计报告【3 】显示，手机上网网民 规模首次超过1 亿，2 0 0 8 年一年增加了8 8 0 0 万，用户数量呈现几何级数增长。另 夕 ，g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ，u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，b 3 g ( b e y o n d3 g ) 等移动网络和w i f i ( w i r e l e s s f i d e l i t y ) ，w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) ，u w b ( u l t r a w i d e b a n d ) 等宽带无线接入网络等技术的发展也为用户提供了在任何时间 ( a n y t i m e ) 、任何地点( a n y w h e r e ) 访问无线网络的可能性，逐渐成熟的移动环 境使研究者关注于分布式更强、参与性更广的移动对等网络( m p 2 p ) 环境。在 i n t e m e t 的主流应用p 2 p 技术将向移动设备扩展，在移动环境中得到更广泛的应用。 在移动环境中实现p 2 p 应用对于运营商和用户都有非常重大的意义。 1 1 2目前应用面临的问题 移动p 2 p 网络具有网络拓扑结构不断变化、节点自身资源受限、网络层编址 和标识机制不统一等特点，使得网络体系结构、资源搜索策略、数据分发、安全 和隐私问题是影响移动p 2 p 应用的关键技术问题【4 】。 ( 1 ) 网络体系结构是移动p 2 p 网络的基础，不仅需要考虑异构网络的互通与 融合，而且要独立于多样化的具体应用，同时还要保证网络的可扩展性【5 】。目前， 国内外对移动p 2 p 网络的研究主要集中在移动自组织网( m a n e t ，m o b i l ea dh o c n e t w o r k ) 方面【6 1 。如何建立适用于各种移动网络的覆盖层拓扑结构是网络体系结 构的主要研究内容。另外节点的移动性使得移动p 2 p 网络的覆盖层拓扑经常发生 变化，造成覆盖层与底层物理网络拓扑不一致，引起网络结构一致性问题。网络 结构一致性问题会导致网络搜索性能变差，产生移动性扰动( m o b i l i t yc h u m ) ，同 时引起数据传输的低效。所以，如何提高网络层和覆盖层的结构一致性也是移动 p 2 p 网络亟需解决的关键问题之一。 ( 2 ) 资源搜索策略是网络中的节点用来搜索其他节点所提供资源的方法，是 p 2 p 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 2 系到整个p 2 p 应用的效率和性能。移动p 2 p 系统的高度动态特征使其需要同样高 度动态变化的资源搜索策略与之相适应。如何在有限的时间、有限的带宽范围内 提供尽可能多的移动p 2 p 节点参与资源搜索操作，并返回尽可能多的搜索结果， 是资源搜索策略的研究内容。目前的研究集中于对特定应用及网络结构的资源搜 索策略的研究【_ 卜1 0 】，在灵活性、负载均衡性、动态适应性等方面始终存在不足。设 计一个高效、灵活、高动态的资源发现策略对于移动p 2 p 而言有不可估量的意义。 ( 3 ) 数据分发是源节点将数据通过某种机制分发到所有请求该数据的节点的 过程。在移动网络连接不可靠、带宽有限及终端设备资源受限的情况下，数据分 发策略的优劣直接影响到整个p 2 p 系统的效率。数据分发一般包括以下4 个过程： 数据处理、路由选择、数据发送和数据接收，每个过程均会对数据分发的效率和 可靠性等产生影响。因此，如何结合移动网络环境的自身特点设计高效的数据分 发机制是移动p 2 p 网络中数据分发策略的研究内容。因为移动网络的限制，目前， 研究人员提出了各种各样的改进方案，这些改进方案存在诸多遗留问题如成员感 知、网络感知、拓扑管理、信息过滤等需要解决【1 1 6 1 。 ( 4 ) 安全和隐私问题是移动p 2 p 网络另一个不可忽略的重要问题，主要源于 两个方面：移动网络环境的自身特性以及p 2 p 网络的固有属性。目前，对移动p 2 p 系统安全问题的研究主要集中在信任管理【17 1 、攻击检测【1 8 】、访问控制【1 9 1 、匿名通 信【2 0 】、对等信誉【2 l 】这几个方面。p 2 p 网络具有天生的不可信性，目前对于基于 i n t e m e t 的p 2 p 系统的安全和隐私问题的研究处于刚起步阶段，考虑移动网络特性 的安全与隐私问题的研究更是少之又少，目前的研究只是提出未来的发展方向及 应用前景，并没有针对移动p 2 p 网络给出相应的解决方案。所以给出考虑移动p 2 p 网络特性的信任模型、访问控制解决方案及匿名通信策略也是移动p 2 p 亟需解决 的关键问题之一。 ( 5 ) 移动p 2 p 应用要求参与节点之间必须具有可靠的传输保证，即数据传输 正确，避免网络拥塞。移动p 2 p 的特点使得在网络中引入传输可靠保证机制非常 必要。在传统p 2 p 中采用传输控制协议( t c p ，t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协 议就可以保证传输可靠性，通过发送端和接收端的发送确认机制来保证数据包的 可靠传输。但移动p 2 p 网络中存在于移动的无线环境中，在无线环境中带宽通常 是有限的，噪声、多径衰落、邻道干扰等使得无线信道的性能处于一个动态变化 的状态。无线环境的快速变化性，使得传统的t c p 可靠传输机制并不适用于移动 p 2 p 网络中。设计一个适合于移动p 2 p 环境的可靠传输机制也是移动p 2 p 难点问 题之一。 上述五个方面是移动p 2 p 网络实用发展建设中亟需解决的热点和难点问题。 从上述分析可以看出，一个高效、灵活、高动态的资源发现策略对于移动p 2 p 真 北京交通大学硕+ 学位论文 正实用化而言有不可估量的意义，构建一个可靠传输机制也是移动p 2 p 网络亟需 解决的关键问题。故本文在这两方面进行了相应的研究，并提出解决方案。 1 2 论文的主要工作 1 ) 研究并分析了移动p 2 p 网络实用化的五个关键技术； 2 ) 研究并分析了现有移动p 2 p 网络资源搜索策略； 3 ) 提出了适用于移动p 2 p 网络的资源搜索模型m t a p e s t r y 模型； 4 ) 描述了m t a p e s t r y 模型具体搜索机制； 5 ) 对m t a p e s t r y 模型性能进行了理论分析，并通过仿真平台进行性能分析； 6 ) 研究并分析了移动p 2 p 网络中可靠传输问题； 7 ) 研究了现有的可靠传输机制，分析了各自优势及不足之处； 8 ) 提出在移动p 2 p 网络中应用一种可靠传输机制：跨层优化可靠传输机制； 9 ) 对此方案机制进行了理论上的性能分析； 1 3 论文的组织结构 第一章是引言。这一部分主要介绍了移动p 2 p 技术的应用前景，实际应用中 存在的关键技术问题；在分析的过程中阐述了本课题的研究目的和意义，描述了 论文的组织结构。 第二章是相关知识介绍，主要介绍了p 2 p 技术、移动p 2 p 技术及特点、移动 p 2 p 中的血大关键技术问题。 第三章则重点研究了移动p 2 p 关键技术问题之一：资源搜索策略。首先介绍 了移动p 2 p 资源搜索策略的相关知识，包括p 2 p 的资源搜索策略、移动p 2 p 资源 搜索策略现有研究成果，并分析了移动p 2 p 资源搜索策略未来研究趋势及研究方 法。在此基础上提出一种解决方案：m t a p e s t r y 资源搜索模型，详细描述了它的搜 索过程，对其具体实现进行了描述，然后对其性能进行了理论分析，最后通过搭 建仿真平台数据仿真进行性能分析。 第四章则重点研究了移动p 2 p 另一个关键技术问题：可靠传输。首先分析了 移动p 2 p 可靠传输所存在的问题，介绍并分析了现有一些解决机制的不足之处； 在此基础上进一步提出应用一种解决机制：跨层优化可靠传输机制。详细描述了 该机制运行流程，并对该机制性能进行了分析。 第五章结论。总结论文的研究成果，指出研究中有待完善之处以及后续工作。 4 移动p 2 p 研究 2 移动p 2 p 研究 移动p 2 p 涉及技术广泛，本章首先概述移动p 2 p 技术，然后围绕移动p 2 p 技 术中的五个关键技术点进行介绍。因移动p 2 p 技术是从p 2 p 发展过来的，故首先 对p 2 p 技术进行介绍，然后介绍移动p 2 p 技术及其特点，最后分析移动p 2 p 中五 个关键技术问题。 2 1 移动p 2 p 概述 移动p 2 p 是在移动环境下采用p 2 p 技术来解决某些问题或者实现某种功 能。下面首先介绍p 2 p 技术，然后介绍移动p 2 p 技术及其特点。 2 1 1p 2 p 技术概述 p 2 p 技术是系统之间直接进行交换来共享资源和服务的一种应用模式。它 打破了传统的c l i e n t s e r v e r 模式，网络中节点的地位相同，可同时作为服务使 用者和服务提供者。图2 1 显示了c s 模式与p 2 p 模式的区别。 图2 1c s 模式与p 2 p 模式对比示意图 f i g u r e2 - 1c o m p a r i s o no fc sm o d e la n dp 2 pm o d e l p 2 p 具有去中心化、可扩展性、健壮性、高性价比等特点。纯粹的p 2 p 网络没 有中心服务节点的，它在理论上可以进行无限扩展，具有天生的耐攻击、高容错 的优点。p 2 p 技术在文件内容共享与下载、计算能力和存储共享、协同服务、 即时通讯、网络电视、信息共享等方面得到了广泛应用。 p 2 p 网络模型发展到现在经历了三个阶段，从集中式到分布式最后到混合式， 北京交通大学硕十学位论文 每种模型有各自的优缺点，在实际应用中，通常是各种模型同时存在，这是一个 不断发展的过程。下面对这些发展较为成熟的网络模型作一个简单的介绍。 中心化拓扑网络模型 中心化拓扑( c e n t r a l i z e dt o p o l o g y ) 网络模型【1 】是最早发展起来的，其主要思 想是在网络中存在一个中心服务器来记录网络中的共享信息，并对节点查询请求 进行反馈。其拓扑结构如图2 2 中所示。 图2 - 2 中心化拓扑网络模型【1 1 f i g u r e2 - 2c e n t r a l i z e dt o p o l o g yn e t w o r km o d e l 【1 】 中心化拓扑网络模型中虽然存在一个中心服务器，但不同于传统的c s 模型。 在传统的c s 模型中中心服务器承担了网络中所有资源，客户端资源的获取都是 从中心服务器中得到。中心化拓扑网络模型中中心服务器只是提供一个网络资源 的节点索引，资源请求者获取该索引后再向索引中的节点请求下载对应资源。m p 3 下载软件n a p s t e r 采用的是中心化拓扑网络模型，是中心化拓扑网络模型的典型代 表。中心化拓扑网络模型的信息检索效率高，网络易管理，共享资源的更新方便。 比较适用于小型网络。 中心化拓扑网络模型将传统的c s 模型中的s e r v e r 功能进行了弱化，但仍然 有中心服务器存在，故存在以下不足之处：中心服务器性能影响着整个网络性能， 如果中心服务器瘫痪会导致整个网络的不可用，可靠性和安全性比较低；中心服 务器的维护和更新会随着网络规模的增加而急剧增加；中心服务器存储的共享资 源目录也易引起版权纠纷。 分布式非结构化网络模型 因为中心化拓扑网络模型的缺点，分布式非结构化网络模型【l 】( d i s t r i b u t e d u n s t r u c t u r e dn e t w o r k ) 应运而生。g n u t e l l a 是其中的代表。在分布式非结构化网络 模型中，不存在中心服务器。每一台安装了p 2 p 软件的p c 机既可以提供资源亦可 以提供完整目录，这样将每台p c 机都变成了服务器，而且每台p c 机会搜索其他 同类型的服务器，从而构成一个资源共享的大网络。其拓扑结构如图2 3 所示。 6 移动p 2 p 研究 图2 3 分布式非结构化网络模型【1 1 f i g u r e2 - 3u n s t r u c t u r e dd i s t r i b u t e dn e t w o r km o d e l i l 】 在g n u t e l l a 中每个节点都有g n u t e l l a 客户端软件运行。当初始启动时，节点进 行自举( b o o t s t r a p p i n g ) 并找到至少一个其它节点，连接上后客户端就会请求一张 活动地址列表。当想要进行搜索时，节点向每一个活动连接节点发送请求，收到 请求后连接节点再向其自身的所有连接节点转发该条请求，如此继续下去。 分布式非结构化网络模型由于网络中每一个节点经常连接或者断开网络，所以 整个网络结构永远都不是完全稳定的。网络搜索的带宽消耗也随着连接用户的增 加而指数递增，经常饱和的连接会导致较慢的节点失去作用。因此，搜索请求在 网络中会被经常丢弃，与整个网络相比，大多数的查询只会到达其中的很少一部 分节点。 分布式结构化网络模型 分布式结构化网络模型【l 】( d i s t r i b u t e ds t r u c t u r e dn e t w o r k ) 与分布式非结构化 网络模型相比，引入了分布式哈希表( d h t ，d i s t r i b u t e dh a s h t a b l e ) ，将随机分布 的节点进行有机的组织。每个客户端负责一个小范围的路由，并负责存储一小部 分数据，从而实现整个d h t 网络的寻址和存储。d h t 网络能够自适应节点的动态 加入和退出，并且支持节点数量巨大的网络，具有很高的可扩展性、鲁棒性和适 应性。可以很准确对网络中节点进行定位，查找效率很高。分布式结构化网络模 型的经典代表是c h o r d 、c a n 、p a s t r y 、t a p e s t r y 。因对节点动态性的良好支持可以 考虑对其进行性能改良用于移动p 2 p 中。在下章会对上述四种算法进行详细介绍。 混合式网络模型 混合式网络模型【l 】( h y b r i dn e t w o r k ) 结合了中心化网络拓扑和分布式网络模 型特点，在中心化网络拓扑网络模型中中心服务器存在易受攻击的缺点，而分布 式网络模型则存在搜索慢的问题，混合式网络模型根据节点的处理能力不同，将 节点分为普通节点、目录节点、搜索节点。普通节点即是普通的用户节点，不具 备特殊功能；目录节点存储节点资源信息；搜索节点处理搜索请求，并返回搜索 资源列表。k a z z a 是混合式网络模型的典型代表。混合式网络模型结构图如图2 4 7 北京交通人学硕+ 学位论文 所示。 f i g u r e2 - 4h y b r i dn e t w o r km o d e l i 1i 综上所述，四种网络模型性能对比如下表2 1 所示。 表2 - 1 四种网络模型性能对比表 t a b l e2 - 1c o m p a r i s o no f f o u rm o d e l s p e r f o r m a n c e 性能标准扩展性可靠性复杂查询查询效率 网络模型 中心化拓扑差差支持w r j 分布式非结构化差差 支持 中 分御式结构化好好不支持同 混合式 由 中 支持 由 2 1 2移动p 2 p 技术及特点 因移动p 2 p 应用环境主要是无线网络，而且网络中的节点主要是以手机作 为载体。故具有不同于传统p 2 p 的一些特点如网络拓扑结构不断变化、节点自身 资源受限、网络层编址和标识机制不统一【2 2 1 。 ( 1 ) 网络拓扑结构动态性 动态变化性是移动p 2 p 的一个突出特点，移动p 2 p 是基于移动网络的，网 络中的节点有相当一部分是移动设备，这些移动设备具有很强的移动性。节点 的移动会带来网络拓扑的动态变化，移动p 2 p 网络拓扑是高度变化的。另外一 方面，在移动p 2 p 中节点的加入和离开频繁，这也会导致网络拓扑的动态变化。 节点的加入和离开随机，节点会因为开机、关机、无电、信号不佳、切换过程 中故障等各种因素在网络中的状态会发生变化。 ( 2 ) 节点自身资源受限 8 移动p 2 p 研究 移动p 2 p 中以移动设备形式存在的节点大部分是手机、p d a 、小型p c 等， 这些设备有一个突出的特点：资源有限。这包括：存储空间有限、处理能力有 限、电池容量有限。 存储空间有限：移动设备的内存空间通常很小，随着设备厂商对移动设 备不断升级，现在移动设备的存储空间慢慢增大，出现了4 g b 的存储卡。但是 与基于i n t e r n e t 的p 2 p 中计算机的几十g 仍至上百g 的存储空间相比，仍然显得很 小。存储空间的有限导致一些高内存需要的应用程序无法在移动设备上运行， 或者即使可以运行，性能也不是很好。这一点对移动p 2 p 的影响很大，大部分 的p 2 p 应用都需要p 2 p 软件的支持，这些软件有些需要很高的内存运行需求。对 于这方面，有研究者致力于开发适用于移动设备的应用软件，已取得一部分成 果。 处理能力有限：移动设备的c p u 处理能力有限，设备的运行需要多种服务， 这会占用一部分c p u ，如果在此基础上再运行应用程序，会影响c p u 处理能力。 所以降低应用程序的复杂性是必须考虑的。 电池容量有限：受体积的限制，移动设备的电池无法做到很大，而且它 没有像p c 机那样可以固定的电源。另外为了满足用户良好的体验，移动设备的 屏幕会越做越大，系统功能也越来越丰富，这些都消耗着极大的电量。 ( 3 ) 网络层编址和标识机制不统一 基于i n t e r n e t 的p 2 p 系统网络层采用固定不变的唯一i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 地址作为节点的标识符，而在移动p 2 p 中，因为移动网络环境的异构性，使得 网络层无法采用统一的编址方式。在移动p 2 p 中，固定设备可以采用i p 地址进 行编址，对于移动设备必须要考虑一种标识机制，使得高层可以适应底层的不 统一编址方式。 ( 4 ) 网络资源有限 移动p 2 p 与基于i n t e r n e t 的p 2 p 相比，网络资源有限，环境恶劣。虽然随着 移动技术的不断发展，移动网络的数据传输速率越来越高【2 3 1 ，g p r s 最大传输 速率为1 7 1 k b i t s ，e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) 数据传输速 率可达4 5 0 k b i t s ，3 g 网络中的传输速率可以达到2 m b i t s ，如果采用h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s s ) 技术，可以达到1 4 4 m b i t s 的理论下 行速率【2 4 1 。但是，与固定互联网相比，移动互联网的传输速率有着巨大的差距， 这制约着移动环境中p 2 p 应用。另外，在移动环境下，信息的传输载体是无线 电波，环境对其影响很大，恶劣的自然环境很容易造成信息的不稳定。这同样 影响着移动p 2 p 的应用。 9 北京交通人学硕+ 学位论文 2 2 移动p 2 p 关键技术 移动p 2 p 具有2 1 2 小节分析的网络拓扑结构不断变化、节点自身资源受限、 网络层编址和标识机制不统一等特点，使得移动p 2 p 应用存在网络体系结构、资 源发现策略、数据分发、安全和隐私问题、可靠传输等关键技术问题【4 1 。 2 2 1移动p 2 p 网络结构 移动p 2 p 依底层网络不同可采取的网络模型也不同。在上小节中对p 2 p 的网 络模型做了一个简要的介绍，下面分析移动p 2 p 适合的网络体系结构。 移动p 2 p 中移动网络可以是m a n e t 、蜂窝移动网络、宽带无线接入网络。 对于蜂窝移动网络和宽带无线接入网络均有固定的基础设施，如基站或者网络 接入点设备，这时可以采用中心拓扑的网络模型【2 5 1 。对于a d h o c 网络，因无固 定基础设施，可采用分布式结构化的网络模型。实际中，考虑到多种异构网的 融合，混合式网络模型是最好的选择。 移动终端资源的限制使得大部分节点在无代理服务器下无法直接连接到 网络，所以目前提出的移动p 2 p 系统大部分都是建立在代理服务器上。移动代 理( m o b i l ea g e n t ) 是具有移动特性( m o b i l i t y ) 的智能代理，可以自主在网络 中从一台主机移动到另一主机。移动代理能够自行决定并能在网络的各个节点 之间移动，执行某种任务的程序，它是一种网络计算，能够自行选择运行地点 和时机，根据网络具体情况进行任务的执行和中断。实际上它是在网络中可移 动的软件程序，由程序代码和运行数据两部分组成。在移动节点中可以很方便 的进行布署。下面以移动3 g 网络为例分析移动p 2 p 适合的网络模型。 基于g p r s e d g e 厂w c d m a 的移动互联网逻辑结构如图2 5 所示。数据域网元 主要有s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 和g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n g n o d e ) ，主要的接口有g n 和g i 。s g s n 连接无线子系统与核心网分组域，并通过 g n 接口与g g s n 连接，g g s n 通过g i 接口与外部数据网络连接。 在移动互联网中可以很方便地部署p 2 p 代理服务器，p 2 p 代理服务器可以实现 的主要功能包括：p 2 p 业务的注册管理、发起网络侧的分组数据协议( p d p ，p a c k e t d a t ap r o t o c 0 1 ) 上下文激活、维护手机号码与i p 地址的对应关系等。p 2 p 代理服务 器还可以作为移动p 2 p 应用与固网p 2 p 应用的代理，实现协议转换等功能，使p 2 p 业务在固定互联网和移动互联网中无缝融合。移动p 2 p 服务器可以在现有的g g s n 匕实现。 1 0 移动p 2 p 研究 图2 5 移动互联网结构示意刚2 6 j f i g u r e2 - 5m o b i l ei n t e r n e tn e t w o r ks t r u c t u r e 2 6 1 每个移动设备先与g s m 基站通信，分组数据从基站发送到g p r s 服务支持 节点s g s n ，s g s n 与g p s r 网关支持节点g g s n 进行通信，g g s n 处理分组数据， 然后再把数据发送到目的网络，可以是i n t e m e t 或x 2 5 等。而来自i n t e m e t 或x 2 5 的分组数据到达g g s n ，g g s n 处理后转发给s g s n ，s g s n 再将其转发给相应的 移动台。借鉴这种思想，可以在网络中布署多个类似g g s n 、s g s n 服务器作为移 动p 2 p 的代理服务器。 由以下分析可知，在移动p 2 p 下适合的通用网络结构如图2 - 6 所示。 图2 - 6 移动p 2 p 网络结构不慈图 f i g u r e2 - 6m o b i l ep e e r - t o - p e e rn e t w o r ks t r u c t u r e 因为移动p 2 p 网络体系结构不仅需要考虑到异构网络的互通与融合，而且要 考虑多样化的具体应用，同时还要考虑网络的可扩展性。目前，对基于m a n e t 方面的移动p 2 p 网络研究较多，对其他形式的网络结构的移动p 2 p 研究较少【6 】。 建立适用于各种移动网络的覆盖层拓扑、解决节点的移动性引起的网络结构一致 北京交通大学硕士学位论文 性问题、解决移动性扰动导致的数据传输的低效问题是移动p 2 p 网络体系结构研 究的难点问题。 2 2 2移动p 2 p 数据分发 数据分发是源节点将数据通过某种机制分发到所有请求该数据的节点的过 程。数据分发一般包括以下4 个过程：数据处理、路由选择、数据发送和数据接 收，每个过程均会对数据分发的效率和可靠性等产生影响。移动p 2 p 因其固有的 一些特点使得传统的数据分发策略并不适合直接应用，即使应用性能也无法达到 同样效果。 为此，很多研究者对此方面进行了研究。下面简单介绍一下目自i 的研究进展， 从数据分发的策略不同，主要基于两方面的研究：基于路由的数据分发策略和基 于非路由的数据分发策略。 对基于路由的数据分发策略，文献【2 7 】提出一种数据分发机制，该机制可以感 知环境的路由，根据环境路由进行驱动。网络中的节点所有关于位置的信息都是 逻辑连接的信息，且连接对时延的容忍保证信息可以传送到目的节点，这样给不 同网络区域内自由移动的节点增加了与其他网络区域节点连接的机会。文献【2 8 】提 出一种高效、节能的数据分发策略，它采用事件调度器( e v e n ts c h e l u l e r ) 动态调 度每个事件的时隙( t i m e s l o t ) ，网络被组织成事件分发树( e v e n td i s s e m i n a t i o n t r e e ) ，树的根节点称为基站( b a s es t a t i o n ) 。每个事件安排在特殊的时隙中，节点 只在感兴趣的时隙内进行监听，不同节点之间可通过中间节点进行路由。文献【2 9 】 提出移动p 2 p 网络中自适应的内容驱动路由和数