（通信与信息系统专业论文）无线p2p网络的资源定位机制与中继协作策略研究.pdf

北京邮电人学博上学位论文 声明 独创性( 或创新性) 声明 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研究 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邮电大学或其他 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。 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：日期：狸垒：芝笪：婆 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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。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。 本人签名丕5 圭岂 导师签名： 日期丝堕生：望 日期：丝”：婆 北京邮电大学博士学位论文 资助项目 本论文由下列项目资助 国家8 6 3 研究计划项目 认知网络中具有自主学习特征的智能q o s 技术 ( 编号：2 0 0 9 a a 0 1 2 2 11 )( 时间：2 0 0 9 2 0 1 0 ) 适用于无线中继网络的多级协作组播广播技术 ( 编号：2 0 0 9 a a 0 1 2 2 4 6 )( 时间：2 0 0 9 2 0 1 0 ) 国家自然科学基金面上项目 适用于p 2 p 应用的无线a dh o c 网络新型路由协议研究 ( 编号：6 0 6 7 2 1 2 4 )( 时间：2 0 0 7 2 0 0 9 ) 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：6 0 8 3 2 0 0 9 )( 时间：2 0 0 9 2 0 1 2 ) 北京邮电大学博士学位论文 摘要 无线p 2 p 网络的资源定位机制与中继协作策略研究 摘要 随着无线通信技术的不断发展，人们对通信业务的要求越来越高， 传统客户端n 务器通信模式的单点瓶颈问题日益暴露，移动用户之间 以分布式结构进行资源共享成为未来无线通信发展的必然趋势。因此， 在无线环境下如何有效地建立p 2 p 分布式网络成为无线通信领域的研 究热点，而目标资源的有效定位与快速传输是无线p 2 p 网络的关键问 题。于是，本文对无线p 2 p 网络的资源定位机制与中继协作策略展开 研究，并提出相应的解决方案。主要工作包括以下几个方面： ( 1 ) 为了减小资源定位过程中的带宽消耗，研究结构化p 2 p 网络模 型的资源定位机制，提出一种动态拓扑感知性无线p 2 p 网络的构建策 略。入网节点通过分析其局部拓扑结构，从最优邻居节点获得与其物 理位置有关的节点标号，从而实现无线p 2 p 网络的瞬时拓扑相关；由 中心节点收集拓扑结构的变化信息，将逻辑网络的拓扑相关转化为旅 行商问题，并用模拟退火算法完成其优化求解，实现网络的动态拓扑 相关；同时，针对中心节点的随时离开或死亡，提出一种成员节点与 中心节点之间的信息交互方案，使网络能够分布式地选出处理功能强、 业务量少的成员作为新的中心节点。 ( 2 ) 基于布鲁姆滤波器，提出一种使无线p 2 p 网络支持语义的资源 定位方法。节点通过对本地资源属性的统计，获得自身的兴趣特性， 节点之间根据兴趣相似度形成小世界模型，从而形成一种支持语义的 双层资源定位模型。在对目标资源进行定位时，根据目标资源与本地 节点兴趣之间的相似关系，合理选择非结构化或结构化p 2 p 语义层进 行定位，既提高资源的定位效率，也更广泛地支持资源的语义定位。 ( 3 ) 针对无线单中继协作方式，分别对两跳放大转发和协作分集系 统的中继选择与功率分配进行研究，提出一种最佳中继选择和最优功 率分配方法。将中继的最优功率分配与最佳选择相结合，在发射总功 率一定的条件下，得出源节点最优功率分配比例的闭合表达式；同时， i l i 北京邮电大学博士学位论文 以最优功率分配下的信噪比为准则，基于机会中继的产生原理，实现 最佳中继的分布式选择。 ( 4 ) 在中继能够实现完全同步的情况下，对多中继单信道放大转发 系统进行研究，提出一种功率分配策略，使系统的信噪比随着中继节 点的增多而单调增大。仿效正交多信道协作分集系统的信号最大比合 并策略，将每个中继单独进行放大转发时可获得的最大信噪比作为对 应中继的功率放大系数，从而使系统的信噪比随中继数的增加单调递 增。 关键词：无线p 2 p 网络；布鲁姆滤波器；资源定位；拓扑相关；功率 分配；中继选择 i v 北京邮电大学博士学位论文 摘要 r e s e a r c ho nr e s o u r c el o c a t i o nm e c h a n i s ma n d r e l a yc o o p e r a t i v es c h e m ei nw i r e l e ssp 2 p n e t w o r k s a bs t r a c t 晰t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n d e m a n d o nc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei sb e c o m i n gh i g h e ra n dh i g h e r t h ep r o b l e mo f s i n g l e - p o i n tb o t t l e n e c ki nt r a d i t i o n a lc l i e n t s e r v i c ec o m m u n i c a t i o nm o d e l i s e x p o s e di n c r e a s i n g l y , a n ds h a r i n gr e s o u r c ea m o n gm o b i l eu s e r st h r o u g h p 2 pm o d eb e c o m e st h ei n e v i t a b l et r e n do fd e v e l o p m e n ti nw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m c o n s e q u e n t l y , i nw i r e l e s s s c e n a r i o ，h o wt o c o n s t r u c td i s t i l b u t e dp 2 pn e t w o r k se 衢e c t i v e l yi st h er e s e a r c hf o c u si n w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nf i e l d ，a n do b je c t i v er e s o u r c el o c a t i o na n dr a p i d t r a n s m i s s i o na r et h ek e yt e c h n o l o g i e si ni t i nt h i sp a p e r , r e s o u r c el o c a t i o n m e c h a n i s m sa n dr e l a yc o o p e r a t i v em e t h o d sa r ec o n s i d e r e d ，a n ds o m e c o r r e s p o n ds o l u t i o n sa r ep r o p o s e d t h em a i nw o r k s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i no r d e rt or e d u c eb a n d w i t hc o m s u p t i o nd u r i n gr e s o u r c el o c a t i o n ，t h e m e c h n i s m so fr e s o u r c el o c a t i o ni ns t r u c t u r e dp 2 pm o d e la r ec o n s i d e r e d ， a n dad y n a m i ct o p o l o g y - a w a r ew i r e l e s sp 2 p p r o t o c o li sp r o p o s e d t h e n o d e ，w a n t i n gt oe n t e rt h ee x i s t i n gs y s t e m ，g e t sn o d ei d e n t i f yw h i c hi s c o n n e c t e dw i t hi t sp h y s i c a lp o s i t i o nf r o mt h eb e s tn o d ea f t e ra n a l y z i n g i t sl o c a lt o p o l o g y , a n di n s t a t a n o u st o p o l o g y - a w a r ew i r e l e s sp 2 pn e t w o r k i sr e a l i z e d ac e n t r a ln o d ec o l l e c t st h et o p o l o g yc h a n g i n gi n f o r m a t i o n ， a n dt o p o l o g ya w a r e n e s si st r a n s f o 珈q e dt ot r a v e l i n gs a l e s m a np r o b l e m t h e o p t i m i z a t i o ns o l u t i o ni sg o tt h r o u g hs i m u l a t e da n n e a l i n gm e t h o d ， a n dt h ed y n a m i ct o p o l o g ya w a r e n e s si sr e a l i z e df i n a l l y f o rt h er a n d o m l e f to rd e a t ho ft h ec e n t r a ln o d e ，ap r o t o c o lo nh o wt oe x c h a n g e i n f o r m a t i o nb e t w e e nm e m b e rn o d ea n dc e n t r a ln o d ei sp r e s e n t e d ，b a s e d o nw h i c ht h em e m b e rw i t hm o s tp o w e r f u la b i l i t ya n dl e a s ts e r v i c ei s c h o s e na st h en e wc e n t r a ln o d ei nd i s t r i b u t e dm o d e ( 2 ) b a s e do nb l o o mf i l t e r , am e t h o ds u p p o r t i n gs e m a n t i cl o c a t i o ni n v w i r e l e s sp 2 pn e t w o r ki sp r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i c a lp r o p e r t i e s o fl o c a lr e s o u r c e s m e m b e rn o d e se x t r a c tt h e i ri n t e r e s t sr e s p e c t i v e l y , a n d as m a l l w o r l dm o d e li sc o n s t r u c t e db a s e do nt h e i rc o m m o ni n t e r e s t s ， a n dad o u b l e 1 a y e rs e m a n t i cs e a r c hm o d e li sc o n s t r u c t e d w h e ns o m e o b je c t i v er e s o u r c ei sb e i n gl o c a t e d ，i t ss i m i l a r i t y t ol o c a lr e s o u r c e i n t e r e s ti su s e dt od e t e r m i n et h a ti ts h o u l db el o c a t e di nu n s t r u c t u r e d p 2 ps e m a n t i cl a y e ro rs t r u c t u r e ds e m a n t i cl a y e ra d a p t i v e l y , w h i c hn o t o n l yi m p r o v e ss e a r c he f f i c i e n c y , b u ta l s os u p p o r t ss e m a n t i cl o c a t i o n m o r ew i d e l y ( 3 ) f o rr e l a yc o o p e r a t i v ei nw i r e l e s sn e t w o r k s ，r e l a ys e l e c t i o na n dp o w e r a l l o c a t i o ni nt w o - h o pa m p l i f y - a n d - f o r w a r ds y s t e ma n dc o o p e r a t i v e d i r v e r s i t ys y s t e ma r ec o n s i d e r e dr e p e c t i v e l y , a n das c h e m eo fo p t i m a l p o w e ra l l o c a t i o na n db e s tr e l a ys e l e c t i o ni sp r e s e n t e d o p t i m a lp o w e r a l l o c a t i o na n db e s tr e l a ys e l e c t i o na r ec o m b i n e d ，w h e nt o t a lp o w e ri s c o n s t a n t ，t h ec l o s e df o r mo fo p t i m a lp o w e rp r o p o r t i o na tt h es o u r c e n o d ei s g o t m e a n w h i l e ，t h es i g n a l t o - n o i s e u n d e ro p t i m a lp o w e r a l l o c a t i o ni st a k e na sc r i t e r i o nt od e t e r m i n ew h i c hr e l a yi st h eb e s to n e ， a n di ti sc h o s e no u ti np u r ed i s t r i b u t e dm o d eb a s e do no p p o r t u n i s t i c r e l a yt h e o r y ( 4 ) u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a t a l l r e l a y s c a nw o r ks y n c h r o n o u s l y , f o r m u l t i p l e r e l a ys i n g l e - c h a n n e la m p l i f y - a n d - f o r w a r ds y s t e m ，ap o w e r a l l o c a t i o ns c h e m ei sp r o p o s e dt om a k es i g n a l - t o - n o i s ei n c r e a s e sw i t h t h en u m b e ro fr e l a ym o n o t o n o u s l y m i m i c k i n gt h et h e o r yo fm a x i m a l r a t i oc o m b i n a t i o ni no r t h o g o n a lm u l t i c h a n n e ld i v e r s i t yc o l l a b o r a t i o n s y s t e m ，t h e m a x i m a la c h i e v a b l e s i g n a l t o - n o i s e c a nb e g o t i n i n d e p e n d e n tr e l a yc h a n n e la c t sa sp o w e ra m p l i f i c a t i o nf a c t o rf o rt h e c o r r e s p o n d i n gr e l a yw h e ni t t r a n s m i t ss i g n a l ，a n di ti sr e a l i z e dt h a t s i g n a l t o n o i s ei si n c r e a s i n gw i t ht h e a m o u n to f r e l a ym o n o t o n o u s l y k e yw o r d s ：w i r e l e s sp 2 pn e t w o r k , t o p o l o g ya w a r e ，p o w e ra l l o c a t i o n ，r e l a y b l o o mf i l t e r , r e s o u r c el o c a t i o n ， s e l e c t i o n 北京邮电大学博上学位论文目录 目录 第l 章绪论l 1 1 选题背景1 1 2 资源定位和中继协作的研究现状2 1 2 1 逻辑网络与物理网络之间的匹配2 1 2 2 支持语义的资源定位算法4 1 2 3 无线中继协作策略5 1 3 论文的研究内容8 1 4 论文的章节安排9 参考文献9 第2 章p 2 p 网络的资源定位与无线中继协作1 4 2 1 引言。1 4 2 2p 2 p 网络的分类及其特征l5 2 3p 2 p 网络中的资源定位算法1 7 2 3 1 非结构化p 2 p 网络的资源定位算法1 7 2 3 2 结构化p 2 p 网络的资源定位算法1 8 2 4 无线中继协作2 2 2 4 1 单中继协作策略2 3 2 4 2 多中继协作策略2 9 2 5 无线p 2 p 网络面临的主要问题3 l 2 6 本章小结3 2 参考文献3 2 第3 章无线p 2 p 网络的动态拓扑感知实现策略一3 5 3 1 弓i 言3 5 3 2 传统结构化p 2 p 网络的性能分析3 6 3 2 1 失配时的逻辑网络3 7 3 2 2 匹配时的逻辑网络3 8 3 3 瞬时拓扑相关无线p 2 p 网络的实现3 9 3 3 1 网络的初始化4 0 3 3 2 入网节点获取局部信息4 l 3 3 3 确定最佳标号分配节点4 3 3 3 4 获得节点标号加入网络4 4 3 4 动态拓扑感知无线p 2 p 网络。4 5 3 4 1t s p 优化算法4 6 3 4 2 最优标号分配与交换4 8 3 4 3 中心节点离开或死亡问题的处理5 0 3 4 4 数据项的移动5 0 3 5 仿真与性能分析5l 3 5 1 模拟退火算法的仿真5 2 3 5 2 平均转发次数与平均时延的仿真5 5 3 5 3 系统负荷分析5 7 3 6 本章小结5 8 北京邮电大学博士学位论文目录 参考文献5 8 第4 章支持语义的资源定位算法研究6 1 4 1 弓i 言6 1 4 2 布鲁姆滤波器6 2 4 2 1 布鲁姆滤波器的原理6 2 4 2 2 哈希函数及位数组的设置6 3 4 2 3 布鲁姆滤波器的主要应用6 5 4 3 双层语义资源定位模型6 6 4 3 1 基于布鲁姆滤波器的结构化p 2 p 网络6 6 4 3 2 结构化模型中的资源定位6 8 4 3 3 非结构化语义资源定位7 l 4 3 4 支持语义的资源定位7 3 4 3 5 阈值的设置与分析7 4 4 4 系统仿真与性能分析7 9 4 5 本章小结8 3 参考文献8 3 第5 章无线中继选择与功率分配策略8 6 5 1 引言8 6 5 2 单中继两跳放大转发系统的中继选择与功率分配8 8 5 2 1 系统模型8 8 5 2 2 最优功率分配策略8 9 5 2 3 最佳中继选择的分布式实现9 l 5 2 4 系统仿真与分析9 2 5 3 单中继协作分集系统的最佳中继选择与功率分配9 5 5 3 1 系统模型9 5 5 3 2 最优功率分配策略9 6 5 3 3 最佳中继选择的分布式实现9 8 5 3 4 系统仿真与分析9 8 5 4 多中继调度与功率分配1 0 1 5 4 1 系统模型。1 0 1 5 4 2 中继选择与功率分配1 0 3 5 4 3 系统仿真与性能分析1 0 5 5 5 本章总结。1 0 8 参考文献1 0 8 第6 章结束语与展望l1 l 6 1 本文的工作总结l ll 6 2 下一步的研究方向。11 2 参考文献l l3 致谢l1 z l 附录11 5 作者攻读学位期间取得的学术成果目录1 1 7 l l 北京邮电大学博士学位论文 目录 图表目录 图2 1p 2 p 网络的种类1 6 图2 2n a p s t e r 资源查询机制1 7 图2 3 五个关键字标号在c h o r d 协议的存放示意图1 9 图2 _ 4 拥有三个节点0 、l 和3 的c h o r d 搜索环2 0 图2 5 单中继两跳模型2 3 图2 - 6 协作分集中继转发模型图2 4 图2 7多中继两跳转发系统模型3 0 图3 1由5 个节点构成的物理网络。3 7 图3 - 2失配的逻辑网络3 8 图3 3匹配后的逻辑网络3 8 图3 4系统初始模型示意图4 0 图3 5 新节点入网流程图4 5 图3 6 模拟退火算法流程图4 8 图3 - 7c h o r d 协议搜索环4 9 图3 8 阴影策略示意图5l 图3 9 初始温度为3 0 0 c 时最优路径变化图。5 3 图3 1 0 初始温度为2 0 0 c 时最优路径变化图5 3 图3 1 1 节点交换次数与温度的关系图5 4 图3 1 2 失配与匹配搜索环比较5 5 图3 1 3 平均时延比较5 6 图3 1 4 定位数据包的平均转发次数比较5 6 图3 1 5 丢包率比较5 7 图4 1b f 形成示意图6 2 图4 - 2 元素的判断过程。6 3 图4 3 结构化层b - c h o r d 搜索环6 8 图4 - 4 结构化层中资源定位数据包流程图6 9 图4 _ 5文件定位流程图7 0 图4 _ 6 支持语义定位的双层p 2 p 模型7 2 图4 - 7 文件语义搜索流程图。7 4 图4 8 最坏情况下转发给前驱节点的示意图7 6 图4 - 9 不同阈值下不同文件被选中的概率与成功率8 0 图4 - 1 0 非结构化搜索成功概率与簇内成员数目的关系8 1 图4 1 1 本文算法与c h o r d 协议平均逻辑跳数比较8 2 图4 - 1 2b - c h o r d 结构误判概率8 2 图5 1单中继两跳放大转发模型8 8 图5 - 2 分布式最佳中继选择实现过程9 2 图5 3不同中继选择和功率分配下的误码率。9 3 图5 - 4 不同发射功率时最优功率分配与增益比值之间的关系9 4 图5 5不同路径损耗比值时源节点的最优功率分配9 4 图5 - 6 不同发射功率的可达速率。9 5 图5 7 协作分集单中继系统示意图9 6 图5 8不同信道增益时源节点的最佳功率比例9 9 i i i 北京邮电大学博士学位论文 目录 图5 - 9 不同信道状态下最优功率随总功率的变化1 0 0 图5 1 0 不同中继选择和功率分配下的误码率1 0 0 图5 1 l 多中继单信道放大转发示意图1 0 2 图5 1 2 系统误码率随发射功率的变化1 0 6 图5 1 3 系统误码率随中继数的变化1 0 7 图5 1 4 加权系数之和近似为1 时与最大比合并算法比较1 0 7 表2 1不同p 2 p 网络模型的性能比较1 6 表2 - 2 节点指针表中的参数含义2 0 i v 北京邮电人学博上学位论文第1 章绪论 1 1 选题背景 第1 章绪论 2 1 世纪是一个信息社会，信息成为比物资和能源更为重要的软资源，它对社 会的发展和人类生活质量的提高起着决定性作用。在信息社会中，通过网络和通 信系统获取信息和交流信息渗透到人类生活的每一个角落。 由于新技术的出现和应用程度的不断加深，互联网的空前发展促使通信业务 日益多样化和普及化。人类不但要求网络能够提供传统的话音、文字和图像等业 务，而且还要求它能够提供实时的音频和视频等多媒体业务。同时，计算机用户 还希望通过i n t e m e t 共享网络中的所有硬件资源和仪器设备。于是，这种通信业 务量的爆炸性增长，使得传统网络中客户端服务器通信模式的单点瓶颈和对基 础设施依赖性的缺点日益暴露，它已很难为用户提供实时的数据传输和q o s 保 证。因此，分布式通信体系结构必将成为未来互联网的发展趋势。 随着无线通信技术的发展和无线移动用户数量的迅速增涨，移动通信网络和 无线接入技术已成为i n t e m e t 的重要组成部分，各种i n t e r n e t 提供的通信业务都渴 望在无线环境中得到进一步的支持。因此，在无线通信网络中，对高速率业务的 应用提出了更广泛的需求，它成为未来移动通信系统( b 3 g 、4 g ) 的重要组成部分。 同时，由于芯片集成度和处理能力的不断提高，人们希望能通过最便捷的方式， 随时随地获得自己所需要的网络资源，不再满足于坐在家里享受固定网络提供的 服务，而希望利用手机、掌上电脑等无线终端设备，通过无线接入方式来获得视 频点播、电子商务和远程教育等高速业务的服务。可以预见，利用无线接入技术 为用户提供融合语音、文字、图像等多种形态的高速率业务应用，将成为下一代 无线通信网络发展的必然趋势。 由此可见，未来的通信网络将呈现大规模分布式、全球性计算和全球性存储 的特征，结合无线通信、计算机和i p 网，能为广大用户提供更丰富、个性化的多 种业务、更广泛的覆盖范围以及更快捷的接入方式，这是未来通信系统所必须具 备的能力，也是未来通信技术和业务发展的方向。因此，支持高速率业务的分布 式无线通信必将成为一种流行的通信模式。 无线p 2 p 网络作为一种动态、分布式和自组织系统而倍受广大网络工作者的 青睐。它描述了一种在无线通信环境下移动设备以点对点的方式进行信息交互、 资源共享的处理模式，无线移动设备之间建立起平等互利的协作关系。在无线 北京邮电大学博士学位论文第1 章绪论 p 2 p 网络中，每个参与的节点既能从网络下载资源获得服务，又能上传资源而为 其他成员提供服务，也能充当临时中继转发站为其他节点提供协作分集；它不存 在客户端服务器的概念，能有效地解决传统客户端服务器模式网络中的单点瓶 颈问题，从而为用户提供灵活、实时的业务传输。因此，它成为无线通信界的研 究热点。 目前，国内外有很多研究机构正在从事无线p 2 p 网络的研究，如国内的上海 交通大学、浙江大学、香港科技大学等，国外的u cb e r k e l e y 、u n i v e r s i t yo f c a m b r i g e c o m p u t e rl a b o r a t o r y 、u n i v e r s i t yo f w u r z b u r g 等。无线p 2 p 网络的研究范 围相当广泛，如多源节点的调度【1 3 1 、共享数据的缓存【4 】、系统的负载均衡5 用、 通信安全【8 加1 以及资源共享的公平性机制1 1 。1 2 1 等。由于目标资源的定位以及快速 有效的传输决定着系统的主要性能和业务的适用范围，因此它成为无线p 2 p 网络 的主要研究对象。在无线p 2 p 网络中，由于没有专门的服务器来管理网络中的资 源索引信息，而是随机地将这些索引信息分散在各个成员节点上。因此，如何快 速有效地对目标资源进行定位是无线p 2 p 网络的关键技术之一；同时，由于所有 的终端一起共享无线信道以及移动终端发射功率受限等原因，成员节点之间的通 因 大 研 两 路 语 在 类 分 磐 北京邮电大学博士学位论文 第1 章绪论 1 节点成簇法实现p 2 p 网络的匹配 这类算法【l 1 6 】主要是针对非结构化p 2 p 网络而提出的。它的基本思想是将 节点进行区域划分，每个区域内的成员形成一个小自治系统；同时，每个自治系 统都由一个功能强大的节点负责系统的资源管理，该节点通常被称为簇头；区域 内成员上所有资源的索引信息都存放在簇头节点上，由簇头进行统一归类，形成 列表以便于检索。区域内部成员之间的通信，通过查寻簇头中记录的索引信息， 获得目标资源所在源节点的地址信息后，再以点对点的方式在源节点与目的节点 之间直接进行传输；对于不同区域内成员之间的通信，通过簇头之间相互访问获 得目标资源的地址信息。也就是整个p 2 p 网络由两层功能不同的节点构成，第 一层为普通成员，而第二层为一些功能强大的簇头节点。 在簇结构p 2 p 网络模型中，由于簇头充当小型服务器，对其区域内的成员进 行统一管理，于是改善了逻辑网络与物理网络之间的匹配特性。从而提高了业务 的响应速度，也有利于实现对网络中的资源进行有效管理。但是，在无线p 2 p 网 络中，由于节点的随机移动性，如何有效地对这些簇头进行管理成为这种方法的 主要难点。尤其是当簇头死亡或离开时，如何实时地产生新的簇头将成为其面临 的主要挑战。 2 扩充指针表实现p 2 p 网络的匹配 这种算法的主要目的是为了改善结构化p 2 p 网络的拓扑相关性【1 7 。1 引。它是在 原来结构化组网协议的基础上增大指针表的容量，每个节点将与其有物理连接的 邻居节点的地址信息保存下来。该算法通常需要在网络初始化之前设定一些地标 节点，用这些地标节点来获得其他普通节点的相对位置。所有普通节点都通过对 地标节点进行信号强度的测试，获得反应节点位置信息的某个参数，将那些参数 相近或相同的节点视为邻居节点，于是将它们的地址信息保存在各自的指针表 中。当进行目标资源定位时，定位信息在沿原来搜索环的转发过程中，充分利用 节点之间的连接信息，使定位信息的转发尽可能沿着最短的路径进行，从而减少 了一些不必要的路径迂回访问。 3 自适应标识分配法实现p 2 p 网络的匹配 在这种匹配算法中【1 9 - 2 0 1 ，节点的标号并不由自身口地址的哈希变换得到， 而是由节点所在小区域网内节点的拓扑结构及其节点标识的分布情况共同决定。 它的基本思想是：首先，申请入网的节点广播入网请求，接收到该请求的网内节 点分析其信号接收功率或利用i p v 6 中的多播协议找到离申请者最近的节点；然 后，由该节点分析其周围节点标识分布情况，同时兼顾系统的负载均衡，分配一 个合理的节点标号并将其返回给入网申请者。于是，使得在位置上相近的节点分 3 北京邮电大学博上学位论文第1 章绪论 配到在数值上相差不大的节点标号，从而有效的改善了逻辑网络与物理网络之间 的拓扑相关特性。 4 基于节点交换机制实现p 2 p 网络的匹配 “交换 是使结构化p 2 p 网络的节点标号分布与节点的物理连接相关的有效 方法之一，也是实现p 2 p 网络动态拓扑相关的主要途径。随着节点的不断移动， 原来匹配的逻辑网络可能变得不再匹配。因此，通过节点之间进行标号互换，可 以使逻辑网络与物理网络达到新的匹配状态2 1 。2 2 1 。为了提高标号交换的准确度， 节点的指针表通常不但包含有后继节点，而且还包含了前驱节点，同时也记录了 与其有物理连接的多个邻居节点以及与这些邻居节点之间的相对距离之和。在网 络的运行过程中，每一个节点周期性地在指定的范围内随机产生一个交换的试探 对象，然后尝试相互交换邻居节点，并重新计算与邻居节点之间的相对距离之和。 若此时的距离总和小于原来的距离，则两节点之间交换节点标号、邻居节点信息 以及节点上的资源索引信息；否则，不进行任何交换。 这种节点交换法能在一定程度上实现逻辑网络与物理网络之间的匹配，为实 现p 2 p 网络的动态拓扑相关提供了一种通用的方法，但是其实现过程相当复杂， 而且匹配的程度不够高，系统的开销也非常巨大。 虽然以上四种匹配算法都能在不同的网络环境下改善逻辑网络与物理网络 之间的匹配特性，但是在具体的实现过程中却面临着一些困难。在无线通信环境 下，如何对地标节点进行设定和有效管理、簇头节点如何产生以及由此产生的单 点瓶颈问题、节点的随机移动导致原来匹配特性的破坏、“交换匹配策略中获 得相对距离的带宽消耗，这些问题都不利于无线p 2 p 网络性能的发挥和业务的推 广。 1 2 2 支持语义的资源定位算法 如何支持资源的语义定位一直p 2 p 网络的难点问题。对于现有的两种典型 p 2 p 网络结构，非结构化模型采用泛洪策略进行资源定位，因此支持资源的语义 定位，但是由于带宽资源浪费巨大而不利于系统的扩展，也不适用于无线p 2 p 网 络中高速率业务的传输；结构化模型采用相容散列函数根据精确关键词进行对象 的定位与发现，而散列函数总是试图保证生成的散列值均匀随机分布，从而使得 两个内容相似度很高的对象被生成了完全不同的散列值，存放在完全随机的两个 节点上。于是，结构化模型具有良好的可扩展性和负载均衡特性，但是它只支持 对关键词的准确定位，而不易实现资源的语义定位。因此，如何在p 2 p 网络中实 现语义的资源定位成为网络界的研究热点。 4 北京邮电大学博士学位论文 第1 章绪论 在实现资源语义定位的研究