（计算机应用技术专业论文）手持电子报纸内容分发系统研究.pdf

ab s t r a c t ab s t r a c t i n t e rn e t i s a g r e a t p l a t f o r m w h e r e p e o p l e c a n r e l e a s e , s p r e a d a n d a t t a i n i n f o r m a t i o n , a n d n o w i t b e c o m e s a k i n d o f n e w m e d i a w h i c h s h o w t h e s t r o n g e s t v i t a l i t y . m o r e a n d m o r e p e o p l e a r e g e t t i n g u s e d t o a c q u i r e i n f o r m a t i o n v i a i n t e rn e t . wh i l e , l e s s a n d l e s s p e o p l e s t i c k即 f o r t h e t r a d i t i o n a l w a y -t h e n e w s p a p e r s -to a c q u i r e i n f o r m a t i o n . e l e c t r o n i c n e w s p a p e r i s o n e t y p e o f c r e a t iv e a n d p r o fi t a b l e t ry w h i c h c a n h e l p t h e n e w s p a p e r s h o w t h e r e n e w e d s p i 成 b y m e a n s o f t h e s t r e n 脚 o f n e w m e d i a . a l s o , t h e n e w s p a p e r w o r k e r s a n d i t t e c h n i c i a n s t a k e m a n y e f f o r t s t o s t u d y a n d e x p l o r e t h e b r a n d n e w i s s u e - - e l e c t r o n i c n e w s p a p e r . t h e c o n t e n t s o f e l e c t r o n i c n e w s p a p e r a r e t r a n s m i tt e d t o h a n d h e l d r e a d i n g d e v i c e b y d i s t r i b u t i n g s y s t e m . d i s t r i b u t i n g s y s t e m i s t h e li f e l i n e o f e l e c t r o n i c n e w s p a p e r a n d th e k e y d e c i d i n g w h e t h e r t h e e l e c tr o n i c n e w s p a p e r c a n r u n s u c c e s s f u ll y . c u r r e n t d i s t r i b u t i n g s y s t e m w a s r e s e a r c h e d , t h e n t h e ir d e fi c i e n c i e s w e r e a n a l y z e d . a i m i n g a t t w o k e y p r o b l e m s w h i c h a r e m o b i l e t r a n s m i s s i o n a n d d is t r i b u t i n g e f f i c i e n c y , t h e p h y s i c a l n e t w o r k m o d e l a n d t h e l o g i c a l n e t w o r k m o d e l o f d i s t r i b u t i n g s y s t e m w e r e p r o p o s e d . t h e m o s t i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c o f t h e p h y s i c a l n e t w o r k m o d e l i s t h a t h a n d h e l d r e a d i n g d e v i c e i s c o n n e c t e d t o i n t e rn e t t h r o u g h w i r e l e s s n e t w o r k . t h e p r o b l e m o f m o b i l e t r a n s m i s s i o n c a n b e r e s o l v e d b y t h i s p h y s i c a l m o d e l . t h e p r o b l e m o f d i s t r i b u t i n g e f f i c i e n c y c a n b e r e s o l v e d b y t h e l o g i c a l m o d e l w h i c h i s b a s e d o n p 2 p t e c h n o l o g y . wi - f i a n d p 2 p n e t w o r k w e r e i m p l e m e n t e d o n a h a n d h e l d r e a d i n g d e v i c e a n d t h e w h o l e s y s t e m w a s t e s t e d . t h e t e s t i n g r e s u l t s h o w s t h a t , t h e d i s t r i b u t i n g s y s t e m o f h a n d h e l d e l e c t r o n i c n e w s p a p e r i s f e a s i b l e . k e y wo r d s : e l e c t r o n i c n e w s p a p e r ;p 2 p ;s y s t e m; h a n d h e l d r e a d i n g d e v i c e ; e m b e d d e d l i n u x n 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内 容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电 子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电 子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 叼-r 创 1 6 -1* t 月甲 经指导教师同意， 本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间: 年月 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内 部 5 年 最l 5 年 ， 间 少 于5 年 ) 扮 涌年丈 最 长1 0 年 ， 可 少 于1 0 年 ) 机 密 裔2 。 年 ( 最 长2 0 年, 可少于加年， 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工们 听取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外， 本学位论文的研究成果不包诌 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内 容。对本论文所i 11 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本i lt 论文原创性声明的法律责任 由本人承担 。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 习 c m ”夕 年丁 月甲 日 第一章 引言 第一章 引言 技术进步推动和改变了 报业发展的历史进程，当今世界报业正处在一场深 刻变革之中。互联网的发展催生了 报纸新形态电子报纸。与传统报纸比较， 电 子报纸一个最主要的 特征就是内 容分发模式的改变。从人工到网 络的分发， 这种模式转变在降低发行成本的同时增强了分发的实时性，提高了 用户的阅读 体验，为报业的发展提供了生机。 第一节 电子报纸 1 . 1 . 1新媒体的影响 互联网在技术不断发展的同时，提供的信息也日益丰富，同时信息的表达 形式也多种多样文本、图像、 音频、视频。互联网为人们提供了一个信息 发布、传播和获取的极佳平台，成为如今最富生命力的一个新媒体。色彩缤纷 的网 络世界己经成为了人们了 解信息的重要窗口，而且是越来越重要的窗口。 方便、快捷的浏览方式预示着网络媒体已经进入主流媒体时代。网络多角度、 全方位的报道，改变了 人们的阅读习惯和方式，让人们意识到自己的生活、学 习和工作己 经越来越离不开网络. 与此形成对比的是， 传统报纸的读者数量却在下降， 一个主要的原因就是 受到互联网的影响。 有数据表明， 在3 5 岁以下的市民中， 有1 0 %以上的人过去 读报纸，但是现在由于接触网 络而不再阅读报纸了。图 1 . 1是美国发行量审计 局发表的研究报告，从中可以看出传统报纸的读者人数在明显减少。由 此引发 的是传统报纸的广告收益急剧下降，导致传统报业的生存危机。图 1 . 2是来自 摩根斯坦利的年度分类广告量统计，图中数据是 e b a y一家互联网网站与全美 1 4 6 8 家报纸的广告量对比。图中能看出互联网和传统报业发展的鲜明对比。 第一章 引言 的融合，为报纸的分发提供了一种全新的模式。 1 . 2 . 1网络的发展 2 0 世纪5 0 年代， 人们开始将彼此独立发展的 计算机技术与通信技术相结合， 奠定了 计算机网 络发展的理论基础。半个多世纪以来，世界的计算机网络以 极 其惊人的速度发展着。网络的发展己 经深深的影响了 人们的 学习、工作和生活， 甚至影响着人们的思维方式。 计算机网络的发展大致经过了四个阶段。 第一阶段是2 0 世纪5 0 年代， 计算机技术与通信技术首次结合，为网 络的 发展种下了种子。 第二阶段始于2 0 世纪6 0 年代的a r p a n e t ( a d v a n c e d re s e a r c h p ro j e c t s a g e n c y n e t ) 。它是计算机网 络发展的一个里程碑，是现在人们广泛使用的i n t e r n e t 的基 础。 第三阶段从 2 0世纪7 0年代开始，各种广域网、局域网迅速发展，产生了 多种计算机网络系统。这一阶段的发展， 丰富了网 络的 理论基础，形成了目 前 广泛应用的t c p / i p 协议。 第四阶段开始于2 0世纪 9 0 年代，这一阶段是 i n t e rn e t 飞速发展的阶段。 i n t e r n e t 几乎成了网络现在的代名词。人们学习、工作和生活的方方面面几乎全 部和i n t e rn e t 关联起来，似乎没有什么事物可以 与i n t e rn e t 毫不相干。当然， 报 纸也逃脱不掉和i n t e rne t 的联系。 上面说的是计算机网络的情况。说起网络来，电信网络尤其是移动通信网 络同样是一日 千里的发展着。 从无线电发明到如今的3 g网络， 从简单的语音通 信到各种数据服务，移动通信网的内涵已经远不是最初的语音通信。如今的移 动通信网络已 经开始和i n t e rn e t 融合互通， i n t e r n e t 丰富的 信息内容和移动网络优 越的移动性能，两者的结合必将引发数据通信的革命.网络技术的发展，为电 子报纸的网络发行提供了良 好的载体。 1 . 2 . 2手持阅读器 手持电 子阅读器的发展依赖于包括嵌入式系统、显示、 存储等在内的新技 术的发展。 第三章 系统要素 第三章 系统要素 有线网络、 无线网 络是电 子报纸分发系统的物理载体， p 2 p 网络是分发系统 高效运行的逻辑网络选择，它们都是分发系统的主要组成部分。 第一节 有线网络 有线网络包括任何以有线方式连接起来的网络， 这里主要是指i n t e r n e t 中的 有线网络。 i n t e rne t 的前身是a r p a n e t a 1 9 8 3 年 1 月，t c p / i p协议正式成为a r p a n e t 的网络协议标准。随后大量的网络连入a r p a n e t ，使得a r p a n e t 迅猛发展，逐 渐成为世界范围的网络。i n t e r n e t已渗入到人们生活的方方面面。表 3 . 1是 c n n i c ( c h i n a i n t e r n e t n e t w o r k i n f o r m a t i o n c e n t e r ，中国互联网络信息中心) 对 i n t e rn e t 在中国发展十年的一组数据对比，从中可以 看i n t e r n e t 的巨大变化。 表3 . 1中国i n t e r n e t 发展数据对比 而 砂阅现 2 0 0 71 9 9 7 站点数( 个)8 4 3 0 0 0 1 5 0 0 . c n 下的域名数( 个) 1 8 0 0 0 0 04 0 6 6 国际出口带宽( mb ) 2 5 6 6 9 62 5 . 4 现代的i n t e r n e t 网络结构一般采用分层互联的结构( 如图3 . 1 ) 。校园网、企 业网等局域网接入到城域网，城域网再连到国家骨干网，最后骨千网接入到 i n t e r n e t .宽带网络建设是当前网络发展的一个重点。宽带网络包括宽带骨千网 和宽带接入网。宽带骨干网的传输速率已 达到上 t的级别。宽带网络接入技术 是i n t e r n e t 中的一个关键技术。 接入技术分为有线接入和无线接入两种。 根据传 输介质的不同，有线接入技术可以分为铜线接入技术和光纤接入技术两大类。 现在有线接入的带宽不断增加，比如常见的家庭终端接入， 从早期的m o d e m到 现在常用的a d s l ， 接入速度从5 6 k b p s 到了2 m b p s ， 并 且还在发展 速度更快的 第三章 系统要素 c d m a 2 0 0 0和 t d - s c d ma ，国际电信联盟在 2 0 0 0年 5月将 w c d m a . c d m a 2 0 0 0 和t d - s c d m a三大主标准写入3 g技术指导性文件i m t - 2 0 0 0 e wc d m a即wd e b a n d c d m a ， 也称为c d m a d i re c t s p r e a d , 意为宽 频分码 多重存取， 其支持者主要是以g s m系统为主的欧洲厂商，日 本公司也或多或少 参与 其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗 讯、北电，以 及日 本的 n tt、富士通、 夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的g s m网络上， 对于系 统提供商而言可以 较轻易地过渡， 而g s m系统相当普及的亚洲对这套新技术的 接受度预料会相当高。因此w- c d ma具有先天的市场优势。 c d m a 2 0 0 0 也称为c d m a m u l t i - c a r r i e r ，由 美国高 通北美公司为主导提出， 摩托罗拉、l u c e n t 和后来加入的 韩国 三星都有参与， 韩国 现在成为该标准的主 导者。 这套系统是从窄频c d ma o n e 数字标准衍生出来的， 可以从原有的c d m a o n e 结构直接升级到3 g ， 建设成本低廉. 但目 前使用c d ma的地区较少， 所以 c d m a 2 0 0 0 的支持者不如wc d m a多。 不过c d m a 2 0 0 0 的研发技术却是目 前 各标准中进度最快的，许多3 g手机已 经率先面世。 t d - s c d m a标准是由中国 独自 制定的3 g标准， 1 9 9 9 年6 月2 9 日 ， 中国原 邮电部电信科学技术研究院( 大唐电信) 向i t u提出。该标准将智能无线、同步 c d m a和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、业务支持 灵活性、频率灵活性及成本等方面具有独特优势。另外，由于中国国内的庞大 的市场，该标准受到各大主要电 信设备厂商的重视， 全球一半以上的设备厂商 都宣布可以支持t d - s c d ma标准。目 前，t d - s c d ma已 进入试验阶段。 3 g发展的目 标是在提供语音服务的 基础上能 够满足更多的 数据业务需求， 因此要与提供各种数据业务的网络实现互联。同时，3 g还应该能兼容现有的各 种移动通信网 络。 图3 . 2 给出了一种可能的3 0系统的 结构( 1 1 1 7 1 . 从图中 可以 看 出，3 g可以与i n t e r n e t . i s d n等数据网络连接，这样的结构可以满足电子报纸 对网络结构的需求。 图3 . 2 3 g系统的一种可能结构 第三章 系统要素 3 g标准在结构设计上，考虑了非对称业务的需求。以t d - s c d ma为例， 它采用 t d d ( 时分双工) 工作模式，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送 时间来决定，发送时段内 不接收，接收时段内不发送， 而且可以灵活控制和改 变发送和接收的时段长短比例， 对于互联网等非对称业务的数据传输， 下行数 据量是远大于上行数据量的， 这时可控制增加下行的时段时间，缩短上行的时 段时间，以 达到高效率传送非对称业务的目 的。 3 . 2 . 2无线城域网w i m a x 2 0 世纪9 0 年代，宽带无线接入技术得到了快速的发展。1 9 9 9 年，i e e e成 立了i e e e 8 0 2 . i 6 工作组来专门 研究宽带固定无线接入技术规范， 目 标是要建立 一个全球统一的宽带无线接入标准。为了达成这一目的，几家世界知名企业发 起并成立了w j m a x ( w o r l d i n t e r o p e r a b i l i t y f o r m i c r o w a v e a c c e s s ) 论坛， 力争在全 球范围推广这一标准。 w i m a x ，即全球微波接入互操作，是基于 i e e e 8 0 2 . 1 6标准和 e t s i mp e r l a n无线城域网 标准的宽 带无线接入技术。 w i m a x能 在5 0 k m范围内 提 供7 5 m b p s 的 数据 传 输 速率。目 前 业界 关 注的 主 要是w i m a x ( i e e e 8 0 2 . 1 6 d ) 和 移动w i m a x ( i e e e 8 0 2 . 1 6 e ) . 8 0 2 . 1 6 e 使用2 -6 g h z 适用于移动性的许可频段， 可支持车速移动。 虽然被业界看好， 但是wi m a x目 前商用化程度还不高。 对wi m a x未来 会如何发展有着多种多样的看法， 这实际涉及到 w i m a x的组网技术和业务应 用问题。 参考通用的无线通信结构， wi ma x网络参考结构可以分为终端、 接入 网 和 核 心网 三 个部分， 如图3 . 3 所 示u l i9 ci91 c19 e w l m a x 终端 包括固 定 和 移 动终 端:w i m a x接入网主要是无线基站，支持无线资源管理等功能: w i m a x核心 网主要解决用户认证、漫游等功能及与其它网络的接口。 第三章 系统要素 接入网核心网n ms s网络管理系统 图3 . 3 w i ma x网 络参考架构 8 0 2 . 1 6的m a c层采用的是时分多址( t d m a ) 方式， 可以是t d d双工模 式或f d d双工模式。 这种多址方式能保证传输时延， 支持 面向 连接的 业务， 并 为系统提供动态分配带宽的能力。 可以 满足多 类传输业务的需求， 包括数据、 视频、话音( v o i p ) 业务。 8 0 2 . 1 6在 t d m a多址方式下工作，可按用户需要动 态分配传输带宽， 在多用户、多业务的情况下提高了频谱和设备的 利用率。与 3 g相似， 在t d d双工模式下工作的w i m a x技术可以 根据上下行业务的实际 带宽需求动态非对称地分配上下行带宽。 3 . 2 . 3无线局域网w i 一i w i - f i 是w i r e l e s s f i d e l i t y 的缩写， 已 经成为i e e e 8 0 2 . 1 1 系列标准的代名词 u 0 e 1 9 9 7 年6 月， i e e e推出了 第一代无线局域网标准 一 i e e e 8 0 2 . 1 1 。该标 准定义了 物理层和介质访问控制子层( ma c层) 的协议规范， 允许无线局域网及 无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。i e e e 8 0 2 . 1 1 系列标准目 前 主要包括8 0 2 . 1 1 b , 8 0 2 . 1 1 a 和8 0 2 . l l g 以 及8 0 2 . i l e 几个标准. 8 0 2 . l l b工作在 2 . 4 g h z微波频段， 使 用直序扩频方 式， 传输速率最高为 l l m b p s ， 无需直线传播， 使用范围 在室外为 3 0 0米， 在办公环境中 则最长为 1 0 0 米。 8 0 2 . i l a 2作 在 5 g h z频带， 物理层速率 可 达 5 4 m b p s o 8 0 2 . l l g是8 0 2 . l 1 b 标准的 扩 展， 使 用。 f d m ( o r th o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s io n m u lt ip l e x in g ) 技术， 在 2 . 4 g h z 频率 下提 供 5 4 m b p s 数据传输率。 而8 0 2 . l 1 e 是 无线技 术的 新进展， 它在 8 0 2 . i 1 b和 8 0 2 . 1 l a标准上 增加了 服务 质量 保证 和多媒体支持， 同 时 保持 与这些标准的向后兼容性。 第三章 系统要素 等因素的限制，随着互联网规模的迅速扩大，大多数连接到互联网上的普通用 户并没有能力提供网络服务， 从而逐步形成了以少数服务器为中心的c / s 模式。 但是，随着互联网 跟人们生活的 联系日 益紧密和深入， 人们需要更直接、更广 泛的 信息交流， 而计算机和网 络性能的提升也促进了p 2 p 的发展。 提供免费m p 3 音乐下 载 服务的n a p s te r 重新 将p 2 p 技 术引 入 到网 络 应用中. m 3 . 3 . 2优势 与传统的c l i e n t / s e r v e r 的架构相比， p 2 p 架构最大的优势在于它降低了整个 系统对于中央服务器的 依赖， 有些p 2 p 模型甚至完全不需要服务器。 p 2 p 系统中 的最终用户拥有比 c / s系统中的用户更大的能力和自由 度，他们不需要遵循这 样或那样由服务器指定的规则就可以在没有服务器千预的情况下直接建立连接 交换数据，因此整个p 2 p系统也不存在单点失效的威胁。 在某些结构的p 2 p系 统中尽管还有服务器的存在， 但服务器所处的地位是非常受限制的，节点在共 享资源时也不需要寻求服务器的帮助。以下是p 2 p 模型与c / s 模型相比 较的优 点阁: . 资源能够在网络的边界以 及网络的中央共享。c l i e n t / s e r v e r 模式的网络 中，资源一般只能通过网络中央( 中央服务器) 共享。 . 由对等节点组成的网络比以单个服务器为中心的网络具有更高的可靠 性，也更容易扩展。以 单个服务器为中心的网络存在单点失效的危险，而且当 网络流量很大，客户端访问过多时服务器常常会成为整个网络的瓶颈。 . 由对等节点组成的网络能够共享所有的处理器资源以完成单个服务器 甚至是超级计算机都难以 完成的分布式计算任务。 . 网络中的对等节点可以直接访问保存在其它节点上的本地共享资源，不 需要把文档、图片等资源保存在中央服务器上再由客户端进行访问。 3 . 3 . 3应用及问题 目 前，已 有多种网 络服务都采用了p 2 p技术，主要有如下应用。 ( 1 )即时通讯。 两个或多个用户可以 进行快速、 直接的交流， 如i c q . s k y p e ( 2 )文件共享。下载和上传文件不通过中央服务器，或者中央服务器只起 辅助作用。这是目 前p 2 p技术在网络中最广泛的应用。 第三章 系统要素 ( 3 )对等计算。 可联接上万台p c ， 利用它们的空闲时间进行协同 计算， 完 成超计算量的 工作， 如d i s t r i b u t e m e t . s e t i h o m e e ( 4 )搜索。用来在p 2 p网中完成信息检索. 一旦形成p 2 p 专用网，其上的 数据搜索与现在互联网中数据存在中央服务器的情况有所不同，必须要考虑动 态地将当前p 2 p网 络中 各个p e e r 的内 容进行收 集，并且要有效地向 用户传递。 ( 5 )存储。 用于在网络上将存储对象分散化存放， 而不像现在存放于专用 服务器。这样减轻了服务器负担，增加了数据的可靠性和传输速率。 ( 7 )游戏。许多网络游戏均是 p 2 p方式的，尤其是那些双人及多人对弈游 戏。 p 2 p 技术本身存在不易管理、安全性差等缺陷，目 前存在以下一些问题。 ( 1 )侵犯版权问 题。由于p 2 p技术缺乏有效的管理， 并且具有匿名发布的 特性，因此大多数p 2 p 网络都不可避免地会和知识产权发生冲突。 ( 2 )缺乏管理体制。缺乏管理的 p 2 p网络在为人们带来方便的同时，也可 能会成为病毒、色情内 容、非法交易的温床。 ( 3 )安全性差。 一个拥有众多用户的p 2 p网络可能会成为黑客的攻击对象， 而且分散式结构的p 2 p网络有利于木马病毒等破坏性程序的传播。 ( 4 )吞噬网络带宽。因为 p 2 p技术可以让用户快速的下载大流量文件， 所 以占用了大量的网络带宽。 ( 5 )标准问题。各大公司的利益分歧导致开发标准难以统一，这将成为目 前p 2 p 发展的阻碍。 第四 章 分发系统模型 第四章 分发系统模型 电 子报纸的分发系统是电子报纸架构中的一个重要部分，它为电 子报纸的 运转提供了物理通路，是电子报纸运转的基石。本章首先对电子报纸的架构进 行了 简单介绍，明 确了分发系统在其中的 地位和作用;然后提出了分发系统的 物理网 络模型和逻辑网络模型，设计了电 子报纸的分发系统。 第一节 电 子报纸架构 4 . 1 . 1物理架构 电 子报纸的物理组成包括报社、终端用户以及服务器系统，物理架构如图 4 . 1 所示。 报社是电 子报纸的生产源: 终端用户是电 子报纸的受众; 服务器系统 是报社与终端用户的联系桥梁。服务器与报社终端以及用户终端之间用网络来 连接。 通 恢.簇 服务器 图4 . 1电 子报纸系统物理架构 在电 子报纸物理结构中，服务器到终端用户之间的物理网络结构模型是分 发系统需要研究的内容，也是本文的重点研究内容。 第四章 分发系统模型 为了解决分发效率的问 题，提出了 基于p 2 p的两种分发系统逻辑模型，见 图4 . 4 。 模型1 在分发服务器之间采用p 2 p结构， 而在服务器到手持阅读器之间 仍采用传统的客户机明 及 务器结构。 这种结构可以 提高从中 心分发服务器到地方 分发服务器的分发效率，降低服务器的成本. 模型2 直接在手持阅读器间使用p 2 p网 络结构. 这种模型可以 更加充分的 利用所有参与分发的手持阅 读器的资源，理论上可以达到更高的分发效率. 但 是在这种结构中，不宜过多的占 用手持阅读器的处理器、内 存等硬件资源。因 为毕竟手持阅读器的各种硬件资源相对来说还不是 特别 充裕，如果在分发过程 中占用了过多的手持阅读器资源而影响到它的正常使用，对用户来说是不能接 受的。所以在实现模型2的结构时，要注意p 2 p的算法，对手持阅读器个体要 达到正常使用和共享资源之间的一个平衡。 模型1 图4 . 4电子报纸分发系统逻辑模型 第五章 关键问 题 第五章 关键问题 本章针对系统中的几个关键问题进行了 研究。 p 2 p 网络模型选择一节分析了 p 2 p 的几种典型网 络模型， 为电 子报纸分发系统的 逻辑结构设计提供了依据: 传 输数据分析及协议选择一节，对电子报纸中的数据以 及其它要传输的数据进行 了较详细的分析，根据不同的数据类型选择使用不同的网络传输协议;移动性 管理一节分析解决终端在网络中移动所产生的传输问题。 第一节 p 2 p网络模型选择 p 2 p网络具有不同的网络模型，根据业务的具体要求选择适合的网络模型， 是系统成功的一个关键。本节分析了p 2 p的几个主要网络模型，为系统选择适 合的网络模型提供了依据。 迄今为止， p 2 p网络已经历了几代不同网络模型，各种模型各有优缺点， 有的还存在着本身难以 克服的缺陷，因此在目 前 p 2 p技术还远未成熟的阶段， 各种网 络结 构依然能 够共存， 甚至呈现相互借鉴的 形式。w ; 5 . 1 . 1集中目录式 集中目 录式 p 2 p结构是最早出 现的 p 2 p应用模式，因为仍然具有中心化 的 特点 也 被 称为 非 纯 粹的p 2 p结 构。 用于 共 享 m p 3音乐 文 件的n a p s t “是其 中最典型的代表( 见图 5 . 1 ) 。 其用户注册与文件检索过程类似于传统的 c j s模 式，系统在中央服务器上维护着一个不断更新的对象目 录， 节点登录到服务器 并且上传它们提供的文件的列表，然后向 服务器发出查询请求以找到哪些节点 拥有它们需要的文件，最后直接从对象所在位置下载所需对象。所有对象并非 存储在服务器上，而是存贮在各个节点中。查询节点根据网络流量和延迟等信 息选择合适的节点建立直接连接， 而不必经过中央服务器进行。 第五章 关键问 题 生个别的 传输错误， 对于用户来说是可以 接受的. 不同的 数据有不同的传输要求， 通过对系统中这些数据的分析， 可以为不 同的数据选择合适的传输协议。 5 . 2 . 2协议选择 i s o组织 制订的o s i ( o p e n s y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n ) 网 络参考 模型， 将网 络共 分成 7层结构， 从下而上依次为:物理层、 数据链路层、网 络层、传输层、 会 话层、 表示层及应用层。各层的功能都相互独立， 每一 层所实现的功能对上面 一层来说都是 透明 的， 每一层都只关心下一层 所提供的 服务。 物理层的任务是透明地传输比特流;数据链路层的任务是通过各种协议， 在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，它们的功能已经 由传输介质和网卡固化了;网络层的任务是选择适当的路由，完成数据的打包 和传送，这一层一般使用i p 协议:传输层的任务是根据子网的特性最佳地利用 网络资源，并以可靠和经济的方式为两端主机建立传输连接，以透明的方式传 送报文， 在这一层一般使用t c p / u d p 协议; 会话层的任务是确定相互连接的主 机之间信息的传递方式，即全双工、半双工和单工，在局域网中一般不用考虑; 表示层的任务是进行传输数据格式化和代码转换，一般用于异种机之间的通信， 微机之间不存在这些问题:应用层的任务是确定进程之间通信的性质以满足用 户的需要。由 此看来，为了保证电子报纸不同数据的传输要求，传输层协议的 选择是整个系统设计和实现的一个关键。 i n t e r n e t在 i p层之上使用了两种传输协议:一种是传输控制协议 t c p ( t r a n s m i s s i o n c o n t ro l p ro t o c o l ) ， 它是 面向 连接的网 络 协 议: 另 一 种 是 用户 数 据报协议u d p ( u s e r d a t a g r a m p ro t o c o l ) ， 它是 无连接的 网 络协议. 面向 连 接服务 是电话系统服务模式的抽象，即每一次完整的数据传输都要经过建立连接、使 用连接、终止连接的过程。 在数据的传输过程中，各数据分组不携带目的地址， 而 是 使 用 连 接号 ( c o n n e c t id ) . 本 质上， 连 接是 一 个管 道， 收 发数 据 不 但顺 序一 致，而且内容相同。t c p协议提供面向 连接的虚电路服务。无连接服务是邮 政 系统服务的抽象， 每个分组都携带有完整的目 的地址， 各分组在系统中 独立传 送。无连接服务不能保证分组的先后顺序，不进行分组出错的恢复与重传，不 保证传输的可靠性。 u d p 协议提供无连接的数据报服务。 第五章 关键问题 5 . 2 . 2 . 1 t c p 协议分析 t c p在大量的应用中已被证明是一种成功的传输层协议，能很好的满足数 据的可靠性传输要求。但是它同时也存在着局限性，它的设计不适合传输对实 时性要求较高的数据。 t c p / i p 协议最初是为提供非实时数据业务而设计的。 i p 协议负责主机之间 的数据传输， 不进行检错和纠错。因 此， 经常发生数据丢失或失序现象。为保 证数据的可靠传输， 人们将t c p 协议用于i p 数据的传输，以 提高接收端的检错 和纠错能力。当检测到数据包丢失或错误时，就会要求发送端重新发送，这样 一来就不可避免地引起了传输延时和耗用网络的带宽。因此传统的t c p / i p 协议 传输实时音频、视频数据的能力较差。 5 . 2 . 2 . 2适合实时音视频传输的r t p 协议 r t p ( r e a l - t i m e t r a n s p o r t p r o t o c o l ) / r t c p ( r e a l - t u n e t r a n s p o r t c o n t r o l p r o t o c o l ) 是 一种应 用型的 传输层协议， 它并 不提供任何传输可靠性的 保证和流量 的 拥 塞 控 制 机 制。 它 是由i e t f ( i n t e r n e t e n g in e e ri n g t a s k f o r c e ) 为 音 视 频的 实 时 传输而设计的传输协议。r t p协议位于传输层协议之上，在功能上独立于下面 的 传 输层 和网 络层， 但不能 单独作为 一 个层次存在。i3 o l (3 11 前面说到u d p 是一种无连接的数据报投递服务。虽然没有t c p 那么可靠， 并且无法保证实时音视频传输业务的服务质量，但是，由 于u d p的 传输延时低 于t c p ， 能与音频和视频流很好地匹配， 因此， 在实际应用中， r t p / r t c p / u d p 用于音视频传输。图5 . 4 是r t p / r t c p 协议栈结构。 rt cp i rtp rt cp i rt p udp i p 层 链路层 物理层 护层 链路层 物理层 udp i p 层 链路层 物理层 图5 . 4 r t p / r t c p 协议找结构 r t p协议一般由两个部分组成:数据报文部分( r t p报文) 和控制报文部分 第五章 关键问题 ( r t c p ) 。 13 1 341136 1 r t p报文由报文头和数据部分组成。报文头为 1 2个字节大小，包含了 p a y - l o a d t y p e ( p t : 负载类型 ) 、 s e q u e n c e n u m b e r ( s n : 顺序号 ) 、 t i m e s t a m p ( 时 间戮) 、 s y n c h r o n i z a t i o n s o u r c e ( s s r c :同 步源标志) 等信息. p t ( 负载类型) :2 b y t e ( 字节) ， 标识所运载数据的负载类型， 通常用于标识 所运载数据的编码方式，接收方根据此字段来对接收到的数据进行解码。因此， r t p协议就可以支持发送方根据网络的 拥塞情况动态地改变压缩编码的方式， 例如，在网络变拥塞时采用压缩比 更高的编码方式，以减少数据对带宽的需求。 s e q u e n c e n u m b e r ( )顶 序号 ) : 2 b y t e ， 发送方每发出 一 个r t p 报文就 将顺序号 加1 ， 此字段通常被接收方用于检测报文的丢失情况。 t i m e s t a m p ( 时间 戳) :4 b y te ， 此字段反映了r t p 报文中 第一个字节的采样 时间，为了同步和计算延时抖动，采样时间必须通过一个随时间线性单调增加 的r t p 时钟来得到。 这个时钟的分辨率必须足以 保证同步的准确性。 s s r c ( 同 步 源标 志 ) : 4 b y t e ， 此 字 段 用 于 标识r t p 数 据 报 文的 来 源。 来自 同 源的数据报文共享同一时间戳和顺序号空间。同步源标志符的值是随机产生的， 同的标志在全局中取唯一值。 r t p报文头的结构如图5 . 5 所示。 t i m e s t a m p ( 4 b y t e ) 图5 . 5 r t p 报文头的结构 通过以 上r t p 报文头的结构可以 看到: r t p 报文中 没有一个“ 长度” 字段， 这是因为r t p把数据分段的任务交给了底层的协议u d p 去处理了，由u d p协 议进行数据的分段，再组成若千个u d p 数据包进行传输。 r t c p 是r t p 协议中的控制功能协议， 它单独运行在底层协议上。 r t c p是 由 接收方向发送的报文，它负责监视网络的服务质量、 通信带宽以 及网上传送 的信息，并将这些信息发送给发送端。 r t c p 包括以 下一些主要功能: ( 1 )提供数据传输的 质量反 馈， 并 提供q o s 的 检测 接收方把它最近的接收情况报告给发送者，这些信息包括所接收到数据包 的最大顺序号、丢失的包数、乱序包的数量以及用于估计传输时延的时间戮的 第五章 关键问题 信息。发送方在接收到这些信息后自 动地调整发送速率。 ( 2 )提供不同 媒体间的同 步 在音视频传输服务中， r t p 源可能会有几种媒体( 如视频和音频) 需要传输， 这些不同的媒体之间的同 步需要依靠r t c p中包含的时钟信息和相关的r t p时 间戳信息来进行同步。 ( 3 )在会话的用户界面上显示会话参与者的标识 r t p 报文中提供了s s r c字段来进行源标识， 然而， 进一步的会话参与者的 描述是需要的. r t c p 报文中的源描述提供了会话参与者的 详尽描述， 包括姓名、 住址、 e - m a i l 等，主要是为会议电 视提供更体贴的支持. 通过以 上对r t p 及r t c p 报文的详尽分析可以 看出: r t p 协议提供了一种 更适合于实时音视频信息的传输机制。 5 . 2 . 3系统的协议结构 根据前面对系统中 传输数据和传输层协议的分析，可以为系统中的不同数 据选择比 较合适的传输协议。选择传输协议时主要可以从实时性和可靠性两个 方面来考虑。 前面的数据分析中已 经指出，系统中的实时性数据包括系统的反馈信息和 控制信息，还包括报纸内容中的音视频数据; 报纸中的文本、图像以 及系统的 统计信息是非实时性数据。可靠性数据包括报纸中的文本数据和系统中的控制 信息以及反馈、统计信息;非可靠性数据包括报纸中的图像和音视频数据。图 5 . 6 是传输数据的实时性和可靠性分析， 该图 使用类似坐标的形式定性的分析了 各种数据的实时性和可靠性。 第五章 关键问 题 非实时 图5 . 6传输数据实时可靠性分析 对于可靠非实时的数据，即图中的“ 文本” 和 “ 统计信息” ， t c p 是最佳的 选择，既保证可靠性又不会涉及到实时的问题。对于反馈、控制信息这些可靠 实时的 数据， 也应选择t c p进行传输。 这是因为， 相对来说这些数据的可靠性 比实时性要求高，另外这部分数据的传输量不大，这种情况下t c p也可以满足 一定的实时性要求。对于音视频数据， 选择r t p协议进行传输。图像数据可以 直接使用u d p 协议或t c p 协议进行传输。因为在系统中图 像对实时要求不高， 为了保证可靠，选择t c p来传输。 根据以 上分析，图 5 . 7给出了电 子报纸分发系统的 协议结构。 其中 物理层 和链路层在系统中涉及到多个网络的协议， 包括3 g , wi ma x, wi - f i 和i n t e r n e t 上的各种网络的协议。 这些网络在i p 层实现了 统一。 传输层协议t c p , u d p 和 r t p / r t c p 共同构成了分发系统的传输协议。 在它们之上是系统的应用层。 第五章 关键问题 捧落魄 省 态 烈扮 穴 应 用 层 ，扭 匆 狱 刃 气 : 只丫 - 拿 _ - - 一厂 锰 石 下r t p /r t c p. . - 享一 t c p一， u d p 影 一 一.一 p 擎丫 ， 豉