（计算机应用技术专业论文）面向移动终端的p2p资源共享技术研究.pdf

摘要 p 2 p 的优势在于充分利用分散在网络中的各种资源，使因特网内容从中心走 向边缘。互联网中f 2 p 技术的成功应用为移动通信服务提供了有益的借鉴，移 动p 2 p 被认为是无线宽带互联网的未来技术和发展趋势，已经成为p 2 p 计算研 究领域中的重要课题。本文探讨将p 2 p 应用到手机网络的可行性，并对技术实 现途径、方案和关键问题进行深入研究。 目前，利用蜂窝网络部署p 2 p 应用的探索处在起步阶段，尚未出现得到广 泛认可的系统模型和具有一定规模的应用案例，因此，本文主要参考固定网络对 等计算的理论成果和实践经验，设计并实现与硬件能力和网络环境相适宜的移动 p 2 p 系统。 、 移动设备和无线网络的特殊性在于较低的存储和处理能力、待机时间的限 制、有限的带宽、连接的不稳定性和由此造成的拓扑结构动态性等，合理地设计 移动p 2 p 网络，有效地查找和定位资源是非常重要的。本文提出了层次式移动 p 2 p 拓扑结构，设计了两种类型的对等点边缘节点和聚集节点，分别具有面 向内容和面向服务的性质。边缘节点部署在手机、p d a 等移动设备上，以轻量 级的设计原则实现资源共享；聚集节点面向整个系统提供基础服务，依赖分散式 服务请求策略实现系统负载均衡。 提出系统模型后，详细解释了两类节点的功能结构，在此基础上重点讨论了 系统中关键的技术环节，包括资源发布和信息检索、资源共享和路由策略、节点 实时状态管理、安全机制和负载平衡等。最后，建立了移动p 2 p 资源共享技术 的原型系统，开展了一系列测试工作，并分析了相关数据。 关键词：p 2 p 、移动设备、无线网络、资源共享 a b s t r a c t p 2 pc o m p u t i n gh a se s t a b l i s h e di t s e l fa st h ek i l l e ra p p l i c a t i o ni nt h en e t w o r k ，f o r i th a sb e t t e ra v a i l a b i l i t y , s c a l a b i l i t ya n df a u l t t o l e r a n c ew i t h o u ta n yi n t e r f e r e n c ef r o m ac e n t r a ls e r v e r t h ev a l u a b l er e f e r e n c et om o b i l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei sp r o v i d e d f r o mt h es u c c e s s f u lp 2 pa p p l i c a t i o n si nt h ef i x e dn e t w o r k s t h ei d e at ob r i n gt h e s e t w ot e c h n o l o g i e st o g e t h e rg i v e san e wd i m e n s i o nt op 2 pa p p l i c a t i o n s ，s u c ha s r e s o u r c es h a r i n g t h i sp a p e ra t t e m p t st oe x p l o r et h ef e a s i b i l i t yo fp 2 p a p p l i c a t i o n si n m o b i l en e t w o r k ，a n dt od i s c u s st h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o d s ，t h es o l u t i o n sa n dt h ek e y i s s u e sa b o u tm o b i l ep 2 pi nd e t a i l w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sn e t w o r k , m a n yr e s e a r c ha s p e c t so fm o b i l ep 2 p c o m p u t i n gh a v e b e e ns t u d i e d b u t ，t h ee x p l o r a t i o no ft r y i n gt od e p l o yp 2 pt e c h n o l o g y i n t oc e l l u l a rn e t w o r kh a sj u s ts t a r t e d b a s i c a l l yt h e r ea r ef e wm a t e r i a l sa b o u tt h e m a t u r es y s t e mm o d e lw h i c hi sw i d e l yr e c o g n i z e do ra p p l i c a t i o n so ft h ec a s ew h i c h a r ed e p l o y e di nl a r g e - s c a l e ，w h i c hm e a n ss c a r c er e a d y m a d ee x p e r i e n c ec a nb e f o l l o w e dd i r e c t l y i nt h i sp a p e r , t h em a i nr e f e r e n c ec o m e sf r o mt h et h e o r e t i c a lr e s u l t s a n d p r a c t i c a le x p e r i e n c eo fp e e r - t o - p e e rc o m p u t i n g i nf i x e dn e t w o r k f i r s to fa l l ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fn o v e lp 2 pc o m p u t i n ga r ed e s c r i b e da n d a n a l y z e d ，f o l l o w e db y i l l u s t r a t i o no ft h e k e y m e c h a n i s m so ft h e e x i s t i n g r e p r e s e n t a t i v er e s e a r c hf r u i t s ，a n ds u m m a r i z a t i o no ft h ei m p o r t a n tf e a t u r e so ft h e i r t e c h n o l o g i e sa n da p p l i c a t i o na r e a s s e c o n d l y , am o b i l ep 2 pt o p o l o g yi se s t a b l i s h e d t o w a r d st h ea b i l i t yo fp o r t a b l ed e v i c e sa n dw i r e l e s sn e t w o r ke n v i r o n m e n t t h e n d i s c u s s i o n so nt h em o d e la r ed e s c r i b e df o c u s i n go na l la s p e c t so fp 2 pr e s o u r c e s h a r i n gp r o c e s s ，s u c ha sr o u t i n gm e c h a n i s m ，s e a r c h i n gs t r a t e g ya n dr e a l t i m es t a t e m a n a g e m e n t f u r t h e r m o r e ，at e s t i n ge n v i r o n m e n ti sb u i l ta n das e r i e so fe x p e r i m e n t s a l ec a r r i e do u t f i n a l l y , t h ef u t u r er e s e a r c ht r e n d sa n d s t u d yp l a n sa r ei n t r o d u c e d k e yw o r d s ：p 2 p , m o b i l ed e v i c e ，w i r e l e s sn e t w o r k , r e s o u r c es h a r i n g 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：整数丕 e t 期：塑! 呈：妄：三3 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 j 纡。h 、 论文作者签名：殖趣导师签名： 兰州大学硕士学位论文 面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 第一章绪论 本章将介绍论文的研究背景和研究现状，阐述论文研究的主要内容和目的， 最后给出本文的组织方式和结构安排。 1 1 研究背景 p 2 p 技术基于对等服务概念，通过在平等的节点间进行受控的直接交互，实 现了整个分布式系统内的资源和服务共享【1 1 。由于p 2 p 技术消除或弱化了中心服 务器，有效地提高了整个系统的可靠性和扩展性，在网络信息服务中广泛使用。 p 2 p 技术不仅为个人用户提供了前所未有的自由和便利，同时也试图有效地整合 互联网的潜在资源，将基于网页的互联网转变成动态存取、自由交互的海量信息 网络1 2 i 。 随着网络基础设施逐步建立和无线通信技术的成熟，手机、个人数字助理等 移动设备快速发展，计算和待机能力的瓶颈被逐步突破，数据格式也日趋统一。 另一方面，人们希望更广泛地参与信息共享，期待着新颖的应用模式尽快出现， 深入发掘日臻强大的智能设备的性能潜力，充分利用分散在网络边缘的丰富信息 资源。因此，p 2 p 计算模式在学术研究和工业开发中已经开始关注移动设备和无 线网络领域l 引。 移动p 2 p 技术是一种动态的、分布式和自组织的计算模式，设备之间建立成 对的通信连接和平等的伙伴关系，以对等的方式进行交互、共享和协作1 4 1 。它拓 展了p 2 p 应用的范围，为移动用户进行信息和资源共享提供了支撑的平台。然而， 相比较个人电脑，包括智能手机在内的便携设备在性能上仍有较大差距，主要表 现在处理能力、存储空间和待机时间等方面。同时，蜂窝网络中无线链路环境相 对固定网络要恶劣得多，经常发生的多径衰落和信道拥塞等问题造成节点之间的 连通性不能得到保障，这在一定程度上冲击了p 2 p 覆盖网络的结构。另外，应对 无线环境下节点的频繁移动性是一个重大的挑战1 5 1 。上述问题为移动p 2 p 计算的 研究和开发提出了新的要求。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 1 2 研究现状 1 2 1 研究工作分类 目前，对于移动p 2 p 计算的研究蓬勃兴起，相关工作集中在以下几个方面： 中间件和框架设计。为了兼容设备和技术的差异，尝试开发平台独立的中间 件技术，设计良好的框架，可以支撑异构的移动设备及不同类型的数据和不同标 准的技术。 路由策略和数据共享、资源发现。有效的路由策略和数据共享、分发以及资 源发现规则能够降低延迟和系统的拥塞程度，减少网络中错误和冗余的数据量， 保证信息和资源准确及时地进行传输，快速地响应移动用户的需求。 性能度量工具和高性能的设计。分析相关因素如何影响系统的性能、效率和 扩展性，并采用合理的设计来提高响应度和准确性。防止由于规模扩大而造成可 用性急剧下降甚至系统崩溃是一个关键问题。因此，对于移动p 2 p 性能优化问 题的研究显得越来越重要，相关工作包括探讨性能的度量方法和工具，以及统一 评价的尺度等【6 】。 移动p 2 p 计算的安全机制和分布式管理。移动p 2 p 计算的安全机制和分布 式管理问题是一个非常棘手的难题，它包括如何建立移动p 2 p 计算的安全性以 及怎么样对参与移动p 2 p 计算的设备实施分布式管型7 1 。 移动p 2 p 与固定网络p 2 p 互通。移动p 2 p 系统与i n t e m e t 下相对固定的p 2 p 应用相比，使用的技术和通信协议有所不同。怎样把新建立的移动p 2 p 系统与 已有的固定p 2 p 系统连接起来，实现相互访问，是一个值得探讨的话题【8 】。 移动p 2 p 计算的应用开发。移动p 2 p 应用的领域在不断地扩大，从重要场 合的使用，例如，灾难恢复和战场协作，到普通的、民用的、娱乐场合的使用， 例如，移动用户的m p 3 音乐文件共享和多用户的移动游戏。 1 2 2 移动p 2 p 计算的研究概况 移动p 2 p 计算的研究大致分成两个方向，即基于无线自组织网络( a dh o e ) 的移动p 2 p 技术研究和基于蜂窝网络的移动p 2 p 技术研究。网络环境和性质的 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 差异决定了两者分析问题的出发点以及采取的策略不尽相同。 在i n t e r n e t 上开发和实现的p 2 p 计算模式，同时也可以在a dh o c 网络上部 署。例如g n u t e u a 被设计在无服务器的结构中，它同样潜在地适合无结构的移动 a dh o e 网络环境。基于a dh o c 的移动p 2 p 技术的研究成果包括p r o e m 和7 d s 。 p r o e m 是一个移动p 2 p 的中间件，为移动a dh o c 网络和个人域网络( p a n ) 开发与部署p 2 p 服务提供了应用环境。p r o e m 可以被简单地视为一组通信协议。 节点协议的定义和使用保证了在不同的硬件和软件平台上p r o e m 协议实现间的 互用性。开发者为了支持m p 3 文件共享和任何别的p 2 p 应用对基本的p r o e m 协 议进行扩展，通过定义其特殊的应用协议来实现。 7 d s 是一个基于j a v a 的p 2 p 数据分享系统。7 d s 允许用户发布移动设备上 的数据并通过无线局域网查询其他用户的资源；也能够在局域网中被识别为一个 即时通信应用，实现7 d s 参与者之间的实时交互。它有两种基本的操作模式： 预取方式和按需方式，还能够按自定义的数据访问方法工作。 作为本文关注的方向，移动p 2 p 计算在蜂窝网络中的研究刚刚起步，到目 前为止，只有少数几个方法实现了p 2 p 系统和移动网络环境的整合，效率和性 能差强人意。文献【9 1 提出了一种基于j x t a 的开发文件共享应用的方法。它研究 了在3 g 网络环境下j x t a 这种系统和协议架构的适用性，但对于性能优劣没有 深究。文献【1 0 】介绍了一种内容分发的p 2 p 系统架构。它研究了不同的p 2 p 网络 拓扑结构的性能差别，并未实现一个真正意义上的p 2 p 应用系统。 1 3 研究工作的内容和创新之处 p 2 p 在移动网络中的部署还处于设想和试探性的阶段，尚未出现得到广泛认 可的系统模型和具有一定规模的应用案例，因此，本文研究工作的基础是固定网 络对等计算的理论成果和实践经验。受到客观条件的制约，以前i n t e r n e t 下的p 2 p 框架、技术等需要改进，以适应无线网络环境和移动设备的特点。 在无线环境中利用对等网络技术实现资源共享，必须考虑移动p 2 p 的特殊 性，即发展的机遇和面临的挑战，集中体现在设备的资源水平和无线网络环境差 强人意，与以往相比有所提高，且不断发展日益完善，但总体来说仍然比较薄弱， 如何兼顾效率和稳定性，设计灵活且易于扩展的系统框架是研究工作面临的挑 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 战，因此，本文的创新之处着重体现在移动p 2 p 网络拓扑结构的设计和实现。 文中提出了适合移动p 2 p 特点的层次式拓扑结构，设计了两种类型的对等 点边缘节点和聚集节点，分别具有面向内容和面向服务的性质。边缘节点部 署在手机、p d a 等移动设备上，以轻量级的设计原则实现资源共享；聚集节点 面向整个系统提供基础服务，依赖分散式服务请求策略实现系统负载均衡。随后 解释了模型涉及的相关概念，并详细探讨了系统的关键技术，包括资源发布和信 息检索、资源共享和路由策略、节点实时状态管理、安全机制和负载平衡等。在 此基础上建立了面向移动终端的p 2 p 资源共享原型系统，开展了一系列测试工 作并分析了相关数据。最后，对全文进行了总结，并计划下一步的研究工作。 1 4 本文的组织结构 本节介绍论文的组织结构和内容安排。 第一章为绪论，介绍本文的研究背景、研究现状和主要工作，并说明论文内 容的组织方式和结构安排。 第二章为综述，介绍移动p 2 p 计算涉及的相关技术，主要包括对等网络和 2 5 g 无线数据业务，是本文研究工作的立足点。 第三章是系统实施过程的理论基础，针对移动环境中开展p 2 p 资源共享应 用面临的机遇和挑战，提出了与硬件能力和网络环境相适宜的拓扑模型和基本框 架，解释了其中涉及的相关概念。 第四章阐述了面向移动终端的p 2 p 资源共享技术的关键环节和实现方式， 体现了从整个系统稳定运行、性能优化的角度出发的设计原则。 第五章在之前各章理论研究的基础上，实现了移动p 2 p 资源共享技术的原 型系统，开展了一系列测试工作，并分析了相关数据。 第六章对论文所做的工作进行了总结，并探讨进一步开展的工作计划。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 第二章移动p 2 p 网络相关技术综述 p 2 p 的优势在于充分利用分散在网络中的各种资源，使因特网内容从中心走 向边缘。互联网中p 2 p 技术的成功应用为移动通信服务提供了有益的借鉴，移 动p 2 p 被认为是无线宽带互联网的未来技术和发展趋势，已经成为p 2 p 计算研 究领域中的重要课题。本章首先介绍p 2 p 技术，随后探讨移动p 2 p 的特点，以 及无线网络数据接入技术。 2 1p 2 p 技术 p 2 p 是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源 ( 处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等) ，这些共享资源需要由网络 提供服务和内容，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 此网络中的参与者既是资源( 服务和内容) 提供者( s e r v e r ) ，又是资源获取者 ( c l i e n t ) 1 1 1 l 。p 2 p 与c s 模式的对比如图2 - 1 所示。 图2 1c s 架构( 左) 和p 2 p 架构( 右) 在固定数据网上，基于p 2 p 技术的应用非常普遍，德国互联网调研机构 i p o q u e 称，p 2 p 已经彻底统治了当今的互联网应用，超过6 0 的网络流量是由各 种各样的p 2 p 业务产生的。在p 2 p 程序里，b i t t o r r e n t 已经超过e d o n k e y ( 含 e m u l e ) ，占了p 2 p 流量的5 0 7 0 ，而后者根据地区不同，份额为5 至5 0 。 虽然s k y p e 对带宽需求并不敏感，但在一些地方的带宽占用率最高也能达到2 。 2 1 1p 2 p 的基本特征 与其它网络结构相比较，f 2 p 技术具备如下基本特征： 兰州大学硕士学位论文 面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 ( 1 ) 非中心化。p 2 p 让i n t e r a c t 回归了对等的自然本性，p 2 p 网络中所有节点 既是服务器又是客户机，整个体系是全分布的，不存在瓶颈。 ( 2 ) 可扩展性。p 2 p 网络中节点数目增加，不仅伴随着服务的需求增长，还 意味着整个系统的资源同步扩充，因此，p 2 p 技术能够适应不同的应用规模。 ( 3 ) 健壮性。p 2 p 架构具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个 节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。 ( 高性价比。采用p 2 p 架构可以有效地调度互联网中散布的大量终端设备， 将计算任务或其它服务分布到所有节点上，充分利用闲置的系统资源。 ( 5 ) 负载均衡。p 2 p 技术构建的分布式系统有利于实现整个网络的负载均衡。 ( 6 ) 隐私保护。在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无 需经过某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大降低。 2 1 2p 2 p 的应用领域 目前，已经有多种网络服务采用p 2 p 技术构建，主要包括以下应用领域： ( 1 ) 文件共享。这是目前p 2 p 技术主要的应用形式，b t 和e d o n k e y 等工具 广泛普及。网络电视软件如p p l i v e 、p p s t r e a m 等，是文件共享的另一种发展趋 势，把p 2 p 和流媒体技术结合起来，使带宽不再成为网络视频服务的瓶颈。 ( 2 ) 即时通讯。两个或多个用户之间可以进行快速、直接地交流，通讯方式 包括文字、语音和视频，典型的应用有q q 、m s n 和s k y p e 等。 ( 3 ) 协同工作。利用p 2 p 技术建立一个安全的企业级协同工作平台，提供互 动的供求信息，维护经销渠道，进行售后服务，例如g r o o v e 和k d t 等。 ( 4 ) 对等计算。可以连接大量终端，利用它们的空闲时间进行协同计算，完 成计算量极大的工作，例如d i s t r i b u t e n e t 和s e t i h o m e 等。 ( 5 ) 搜索。p 2 p 技术应用在的信息检索领域，从主题选择、内容收集到结果 呈现都与传统搜索引擎有所不同，在搜索深度和广度等方面有显著提高。此类应 用包括i n f r a s e a r c h 和p o i n t e r a 等。 ( 6 ) 存储。在网络上将存储对象分散化存放，消除专用服务器失效的隐患， 增加了数据的可靠性和传输速度。此类应用包括f a r s i t e 和o c e a ns t o r e 等。 游戏。许多网络游戏是p 2 p 方式的，尤其是那些双入及多人对弈游戏。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 2 1 3p 2 p 的拓扑结构 拓扑结构是指分布式系统中各个计算单元之间物理或逻辑的互联关系，节点 之间的拓扑结构一直是确定系统类型的重要依据。p 2 p 系统一般要构造一个非集 中式的拓扑结构，在构造过程中需要解决系统中所包含的大量节点如何命名、组 织以及确定节点的加入离开方式、出错恢复等问题。根据节点之间的拓扑结构 可以将p 2 p 网络划分为以下四种形式。 中心化拓扑( c e n t r a l i z e dt o p o l o g y ) 。这是第一代p 2 p 网络采用的结构模型， 优点是系统管理维护简单、资源发现效率高。由于资源的路由依赖中心化的目录 系统，发现算法可以设计的灵活高效并能够实现复杂查询。存在的问题与传统的 客户机服务器结构类似，即容易造成单点故障，系统扩展性差和版权纠纷等。 m p 3 共享软件n a p s t e r 是最早出现的p 2 p 系统之一，并在短期内迅速成长起 来。n a p s t e r 使用中心化拓扑结构的p 2 p 协议( 如图2 2 所示) ，通过一个中央服 务器保存所有用户上传的音乐文件索引和存放位置等信息，实现文件查询与文件 传输的分离，有效地降低中央服务器的带宽消耗，提高文件传输速度。这种方式 最大的隐患在中央服务器上，如果该服务器失效，整个系统都会瘫痪。当用户数 量增加到1 0 5 或者更多时，n a p s t e r 的系统性能会大大下降。另一个问题在安全 性上，n a p s t e r 并没有提供有效的安全机制【1 2 1 。 图2 - 2 中心化拓扑结构 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 全分布式非结构化拓扑( d e c e n t r a l i z e du n s t r u c t u r e dt o p o l o g y ) 。该拓扑结构 可以被描述为纯p 2 p 结构，因为节点之间在功能上是对等的，资源检索和定位 等任务由所有节点共同承担。由于消除了角色和地位上的差别，这种拓扑结构中 的节点被称为s e r v e n t ( s e r v e r 和c l i e n t 的组合) 1 3 j 。 g n u t e l l a 协议作为全分布式非结构化拓扑的代表，采用基于完全随机图的洪 泛发现( f l o o d i n g ) 和随机转发( r a n d o mw a l k e r ) 机制，并通过t f l ( t i m et ol i v e ) 来控制搜索消息的转发半径。由于没有确定的拓扑结构支持，非结构化网络无法 保证资源发现的效率。随着网络规模不断扩大，通过洪泛方式定位对等节点的方 法将造成网络流量急剧增加，从而导致网络中部分低带宽节点因为网络资源过载 而失效，早期在g n u t e l l a 网络中存在的分区断链现象就是实证。采用1 几机制 虽然能够缓解这一矛盾，却带来了新的问题，即一次查询只能在网络中很小一部 分进行，即使需要查找的目的节点在整个网络中存在，发现也有可能失败。因此 采用这种拓扑结构查询速度较慢且查询结果不完整，同时系统可扩展性较差。 图2 3 洪泛式资源发现算法 图2 3 展示了洪泛式资源发现策略【1 4 l 。节点a 发送查询消息到它的相邻节 点b ，c 和d ，如果查询没有命中，查询消息将进一步广播，结合图中实例，c 将查询消息传播至节点e ，f 和g 。查询消息每经过一个节点，1 几域中的数值 都将减1 。这种查询模式将不断重复直到资源被发现或者1 凡降至o 。图中，资 源在节点f 处被发现，f 回应查询命中消息至节点c ，c 再将其传送回查询发起 的节点a 。通过其它路径传播的查询消息随着t r l 值递减为0 而停止继续传播。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 全分布式结构化拓扑( d e c e n t r a l i z e ds t r u c t u r e dt o p o l o g y ) 。针对全分布式非 结构化拓扑结构资源发现的准确性较低和系统可扩展性较差等问题，大量的研究 集中在如何构造一个高度结构化的系统。一种解决方法是使用基于d h t ( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ) 的分布式发现和路由算法，例如c h o r d ，c a n 和 t a p e s t r y 1 5 1 。这些算法避免了类似n a p s t e r 的中央索引机制，也不像g n u t e l l a 那样 基于广播进行查找，而是通过分布式散列函数，将输入的关键字唯一地映射到某 个节点上，然后通过相应的路由算法同该节点建立连接。 c h o r d 协议采用一维环形拓扑结构，使用一个基本的散列函数，例如s h a l ， 确定节点和资源的标识符，基本的操作是建立资源与特定节点的对应关系。具体 而言，节点和资源的标识符被排成一个以2 m 为模的标识符环( i d e n t i f i e rc i r c l e ) ， 资源r 被赋予环形中标识符等于或紧随r 的标识符的节点，该节点被称为r 的后 继节点，记为s u c c e s s o r ( r ) 。如果用值从0 到2 m 1 的一个环形上的数字来表示标 识符，那么s u c c c s s o r ( r ) 就是r 之后按顺时针方向上的第一个节点。图2 4 中，m 等于3 ，标识符环的模为8 ，环上有三个节点0 ，1 和3 ，资源1 、2 、6 分别被定 位在节点1 、3 和0 上。 图2 - 4 基于标识符环的资源定位机制 全分布式结构化拓扑最大的问题是d h t 的维护机制较为复杂，尤其是节点 频繁加入离开造成的网络波动( c h u r n ) 会极大地增加d h t 的维护代价。另外， 由于覆盖网络采用了确定性拓扑结构，d h t 仅支持精确关键字匹配查询，无法 满足基于内容语义的复杂查询要求【阍。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 半分布式拓扑( p a r t i a l l yd e c e n t r a l i z e dt o p o l o g y ) 吸取了中心化拓扑和全分 布式非结构化拓扑的优点，性能较高的节点作为超级节点( s u p e rn o d e ) ，存储 系统中其它节点的信息，查询请求仅在超级节点之间转发。半分布式结构同时是 一个层次式结构，超级节点和所负责的普通节点分别位于不同的平面，超级节点 之间构成一个高速转发层1 1 7 j 。 k a z a a 是采用半分布式拓扑的p 2 p 文件共享软件，按照资源水平( 计算能 力、内存大小、网络带宽和滞留时间等) 不同，将系统中的节点划分为普通节点 和搜索节点两类。其中搜索节点与其临近的若干普通节点之间构成一个自治的 簇，簇内采用中心化拓扑结构，而不同的簇之间通过纯p 2 p 的模式将搜索节点 连接起来。可以在各个搜索节点之间再次选取性能较优的、或者另外引入高性能 的节点作为索引节点保存整个网络的信息，维护系统的结构。 普通节点的文件搜索先在本地所属的簇内进行，只有查询结果不充分的时 候，才利用搜索节点进行有限地传播，因此，半分布式拓扑有效地解决了纯p 2 p 结构使用泛洪算法带来的网络拥塞、搜索迟缓等缺点。同时，每个簇中的搜索节 点负责监控普通节点的状态，确保一些恶意的攻击行为能在网络的局部得到控 制，超级节点的存在也能在一定程度上提高整个系统的负载平衡。 半分布式结构综合了集中式p 2 p 快速查找和纯p 2 p 去中心化的优势，系统 性能和扩展性较好，较容易管理。然而，由于超级节点本身的脆弱性也可能导致 簇内的节点处于孤立状态，因此这种局部索引的方法仍然存在一定的局限性【1 8 1 。 表2 - 1 四种p 2 p 拓扑结构性能比较 比较项目中心化拓扑全分布式拓扑结构化拓扑半分布式拓扑 可扩展性 差差 好 中 可靠性差好中中 可维护性最好中好中 发现算法效率最高中高 中 复杂查询支持支持不支持支持 表2 - 1 比较了四种拓扑结构的p 2 p 网络的综合性能，中心化拓扑在不同项目 上的表现可谓泾渭分明，而半分布式拓扑具有较高的综合性能。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 2 2 移动通信网络技术 2 2 12 5 g 移动通信网络 目前，国内运营的蜂窝网络( c e l l u l a rn e t w o r k ) 就技术上的发展阶段而言介 于第二代( 2 g ) 和第三代( 3 g ) 之间，被称为2 5 g 移动通信网络，采用无线分 组交换技术增强了对数据业务的支持，实现了数据终端的高速、远程接入【1 9 1 。 2 5 g 移动网络的数据业务包括g p r s 和c d m a1 x 两种技术实现，分别提 供1 1 5 2 k b p s 和1 5 3 6 k b p s 的数据传输速率。下面简要介绍国内用户数量较多、 普及程度相对更高的g p r s 技术和它的网络接入模型。 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 ) 为通用无线分组业务的简称，是欧洲 电信协会g s m 系统中有关分组数据所规定的标准，采用i po v e rp p p 提供端到 端的、广域无线口连接。作为现有g s m 网络向第三代移动通信演变的过渡技术， g p r s 在许多方面都具有显著的优势。 ( 1 ) 充分利用现有资源。g p r s 一个较大的优势是能够充分利用现有的g s m 网络，可以使运营商在全国范围内推出此项业务，方便、快速、低成本地为用户 数据终端提供远程接入网络的部署。 ( 2 ) 传输速率高。g p r s 业务的速度较g s mc s d 业务有很大提高，可以提 供1 1 5 2 k b p s 的传输速率( 最高值为1 7 1 2 k b p s ) ，下一代g p r s 业务( 2 7 5 g ) 的速度可以达到3 8 4 k b p s ，基本满足用户的需求，使一些对传输速率敏感的移动 多媒体应用成为可能。 ( 3 ) 接入时间短。g p r s 接入等待时间短，可以快速建立连接，平均为两秒。 ( 4 ) 提供实时在线功能。g p r s 用户只有在发送或接收数据期间才占用资源， 这意味着多个用户可以实时在线、高效率地共享同一无线信道，使访问服务变得 非常简单、快速。 ( 5 ) 计费模式合理。运营商根据g p r s 业务产生的数据通信流量计费，用户 无需在整个链路占用期间按照时间支付费用。 g p r s 可以承载多种无线数据业务，包括i n t e r a c t 接入、w a p 、专网接入、 基于终端安装业务( e m a i l 和i m 等) 、专线接入、g p r s 短消息等。基于t c p i p 的i n t e m e t 接入模型如图2 5 所示。 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 图2 5 基于t c p ，i p 的g p r s 接入模型 图中主要元素的含义是： b s s ( b a s es t a t i o ns u b s y s t e m ) ：基站子系统。b t s ( 基站收发台) 和b s c ( 基 站控制器) 构成了基站子系统，在一定区域内，与多个移动台共同组成一个蜂窝 状无线网络。 s g s n ( s e r v i c eg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) ：服务g p r s 支持节点。s g s n 提供 移动管理( 位置跟踪) 和安全管理功能，并在移动台和各种数据网络之间完成移 动分组数据的发送和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。 g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) ：网关g p r s 支持节点。作为g p r s 网络和外部数据网络之间的网关，g g s n 可以和多种不同的数据网络连接，提供 路由信息并完成协议转换。 d h c p ( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r ep r o t o c 0 1 ) ：动态主机地址服务。接入g p r s 网络的移动设备通常被分配一个1 0 幸木木的a 类私有口地址。 2 2 23 g 移动通信网络 国际电信联盟( u ) 在2 0 0 0 年5 月确定w c d m a 、c d m a2 0 0 0 和 t d s c d m a 三大主流无线接口标准，写入3 g 技术指导性文件2 0 0 0 年国际移 动通讯计划( 简称i m t - - 2 0 0 0 ) 2 0 l 。 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 意为码分多址，是第三代移动通信 系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址( f d m a ) 的模拟调制方式， 这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统 主要采用时分多址( t d m a ) 的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信 兰州大学硕士学位论文 面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 道传送信令，使系统性能大为改善，但t d m a 的系统容量仍然有限，越区切换 性能仍不完善。c d m a 系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、 抗多径传播能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。 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 ) 即微波存取全球 互通，又称为8 0 2 1 6 无线城域网，是一种为企业和家庭用户提供“最后一英里 接入的宽带无线连接方案。由于成本较低，将此技术与需要授权或免授权的微波 设备相结合之后，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2 0 0 7 年1 0 月1 9 日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国 家投票通过，w i m a x 正式被批准成为继w c d m a 、c d m a2 0 0 0 和t d s c d m a 之后的第四个全球3 g 标准。 3 g 移动通信网络凭借高带宽和灵活的数据业务吸引着各方注意，在竞争激 烈、趋于饱和的市场中，各大运营商和移动设备提供商将其视为难得的利润增长 点，广大用户也对3 g 网络丰富的信息服务充满期待。 2 3 移动p 2 p 技术 2 3 1 移动p 2 p 技术综述 移动p 2 p 计算模式是一种动态的、分布式和自组织的计算模式。它描述了 一种在无线网络中自治的移动设备以节点为单位进行交互、共享和协作的关系， 设备之间建立成对的通信连接和对等的伙伴关系，为移动用户的p 2 p 应用提供 了支撑。 固定网络p 2 p 技术的充分发展为移动p 2 p 作了良好的示范。经过多年的研 究与广泛的应用，p 2 p 技术在理论上取得了全面的发展，实践中积累了宝贵的经 验，固定网络中p 2 p 业务流量占据统治地位的事实为这一技术向着移动环境的 平移做好了准备。 p 2 p 技术发展到一定阶段，人们开始将p 2 p 应用于手机网纠2 1 1 。2 0 0 1 年全 球第一款移动设备上的p 2 p 软件b l u e t a l k 在瑞典软件公司p o c i t 实验室诞生； 2 0 0 2 年法国a p e e r a 公司着手开发手机作为大型p 2 p 网络应用节点的项目；2 0 0 4 年通信巨头n o k i a 与匈牙利布达佩斯技术经济大学合作开发适用于手机网络的 兰州大学硕士学位论文面向移动终端的p 2 p 资源共享技术研究 p 2 p 文件交换技术；2 0 0 5 年5 月n e w b a y 宣布推出一款名叫f o n e s h a r e 的手机点 对点软件，并在2 0 0 6 年作为一项订阅服务正式运营在一个私有的手机网络上。 2 3 2 移动p 2 p 发展的机遇 p 2 p 技术充分利用位于网络边缘的各种资源，包括处理能力、存储空间、网 络带宽等。随着工艺和制造水平的提高，嵌入式系统突破了硬件瓶颈，得到了充 分的发展，智能手机、一p d a 、商务通等嵌入式设备越来越多地应用到日常生活和 工作中，可以用于宽带上网，享受多媒体乐趣等。移动设备作为随身携带的移动 终端，包含丰富的信息资源亟待挖掘。 ( 1 ) 基于a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 体系结构的3 2 位微处理器具有 体积小、低成本、低功耗、高性能等优点；采用先进的0 1 3 z m 制造工艺，最高 工作频率超过5 0 0 m h z ；配备高速指令缓存和数据缓存，普遍采用多级流水线设 计；支持d s p 指令，具备多媒体处理的硬件加速功能。 ( 2 ) 高速度、大容量、低成本的存储技术促进嵌入式设备普及。1 2 8 m b 以上 的r a m 为程序快速执行提供了先决条件；2 5 6 m b 或更大的f l a s hr o m 用来存 储嵌入式操作系统及常用应用程序，加快软件启动速度；高达数十g b 的扩展存 储支持，为多媒体应用扫清了障碍。 ( 3 ) 软件方面，嵌入式操作系统功能强大、日益完善i 常见的有i z c o s 、 v x w o r k s 、n u c l e u s 、l i n u x 和w i n d o w sm o b i l e 等。以w i n d o w sm o b i l e 为例，它 是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先级、多任务的操作系统， 包括实时o s 核心、文件系统；l p v 4 、l p v 6 、w l a n 、蓝牙等联网功能；w i n d o w s m e d i ac o t ：l e g ；o f f i c em o b i l e ；精简版n e t 框架以及嵌入式数据库s q lm o b i l e 。 ( 4 ) 无线网络环境进步很快，2 5 g 蜂窝网络数据业务可以提供1 0 0 k b p s 以上 的接入速率，3 g 时代更是高达2 m b p s 。 ( 5 ) 移动用户规模庞大，据统计截至2 0 0 7 年底，国内移动用户数量达到5 2 8 亿，预计仍将以年均1 0 以上的增长率持续扩大。这期间，增值业务加速普及。 广大用户及运营商期待设计新颖、功能实用的增值业务的出现，深入发掘日臻强