（计算机应用技术专业论文）移动p2p网络拓扑及资源发现策略的研究与设计.pdf

忏 at h e s i si nc o m p u t e r a p p e d1 1 e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d d e s i g no f n e “v o r k 1 0 p o l o g ya n d r e s o u r c e d i s c o v e r ys t r a t e g yi nm o b i l ep e e r _ t o p e e rn e 觚o r k b yw ux i n 曲o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rd a n gq u n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n2 0 0 8ju nz u u 子 i卜，0 l | 独创性：声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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诚 挚的谢意。 学位论文作者签名：吴凝憎 签字日期：2 砰咱锕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北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、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：是崧博 导师签名： 签字日期：2 。d 锣争7 j 呵多e l 签字日期： 乏ti彳 喇神 a ， 东北大学硕士学位论丈摘要 移动p 2 p 网络拓扑及资源发现策略的研究与设计 摘要 随着无线通信技术和移动设备的飞速发展，p 2 p 技术在移动无线计算领域得到越来 越广泛的研究和应用，进而出现了一个新的研究领域一移动p 2 p 。由于移动环境的一些 特点，比如移动性、异构性、动态性以及移动设备的限制等，移动p 2 p 的研究遇到了很 大的挑战，而网络拓扑及资源发现策略是移动p 2 p 的核心问题。因而，本文研究移动 p 2 p 的网络拓扑及资源发现策略。 本文以成熟的p 2 p 技术为基础，结合移动p 2 p 环境的特点，对现有的技术改进，使 之适合移动p 2 p 环境。分析比较了各种移动p 2 p 网络拓扑和资源发现策略的特点，得出 各种机制的优劣，掌握设计的基本原则，并在此基础上设计了移动p 2 p 网络拓扑及资源 发现模型m r d s 。主要从以下两方面研究： 首先，设计了一种基于d h t 和位置感知的移动p 2 p 网络模型。域内采用基于c h o r d 的环状拓扑，提高了网络拓扑的稳定性；域间采用纯对等连接方式，提高网络拓扑的可 靠性；考虑到移动p 2 p 的网络拓扑一致性问题，划分域时引入物理空间建模，设计了一 个拓扑感知的覆盖层网络；为适应移动p 2 p 的动态性提出了节点和d h t 的自适应性。 其次，在构建的稳定网络拓扑基础之上，通过改进c h o r d 查找协议，设计了新的查 找协议l c h o r d ，并提供精确查询；由于l c h o r d 不能提供复杂查询，引入逻辑空间的概 念，建立数据的索引，提供较复杂的点查询和范围查询。 本文最后通过q u a l n e t 模拟评估了m l m s 模型中关键技术。实验表明m i m s 在发 送成功率、查找延时方面达到了更好的要求。 关键词：移动p 2 p ；拓扑感知；资源发现：范围查询 f j 东北大学硕士学位论文a b s tr a c t r e s e a r c ha n dd e s i g no fn e t w o r kt o p o l o g ya n dr e s o u r c ed i s c o v e 拶 s t r a t e g yi nm o b i l ep e e 卜t o - p e e r a b s t r a c t w i t hr a p i dd 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 nt e c h n o l o g ya n dm o b i l ed e v i c e s ， p e e r - t o p e e rt e c l u l o l o g yg e t sm o r ea j l dm o r ee x t e n s i v er e s e a r c h sa l r l da p p l i c a t i o n si nt h ef l e l d o fm o b i l ew i r e l e s sc o m p u t i n g ，t h e nh e r ec o m e san e wa r e a m o b i l ep e e r t o - p e e r a sar e s u l t o fs o m ec h a r a c t e r i s t i c so fm o b i i ee n v i r o n m e n t ，s u c h 嬲m o b i l i 吼h e t e r o g e n e i 吼d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i ca l l ds o m el i m i t a t i o n so fm o b i l ed e v i c e sa n ds oo n ，t l l er e s e a r c ho fm o b i l e p e e r - t o - p e e rf a c e sah u g ec h a l l e n g e i ti sak e y p r o b l e mt or e s e a r c ho nt o p o l o g ya n dr e s o u i c e d i s c o v e r ) rs n 吼e g y t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rd e s i g n e dn e t 、) v o r kt o p o l o g ya n dr e s o u r c ed i s c o v e r y s t r a t e g yi nm o b i l en e t 、r k b a s e do nm a n 盯ep e e 卜t o - p e e rt e c l l l l o l o g ya n dc h a r a c t e r i s t i co fm o b i l ep e e r - t o p e e r ，t i l i s p 印e ri m p r o v e de x i s t i n gt e c h n 0 1 0 9 yt 0m e e tt om o b i l ep e e 卜t o p e e re n v i r o m e n t a r e r a n a l y z i n gl ( i n d so fn 弧o r kt o p o l o g ya j l dr e s o u r c ed i s c o v e 吼a d v a n t a g e s 锄dd i s a d v a j l t a g e so f l ( i n d so fm e c h a n i s ma r es u m m a r i z e d ，a n dd e s i g np r i n c i p l e sa r ed e t e l l l 矗n e d a c c o r d i n gt 0 m e s ed i s c u s s i o n s ，m i sp a p e rp r o p o s e dm i d s 、h i c hi s d e s i g n e df o rr e s o u r c ed i s c o v e 巧i n m o b i l ep e e r - t o p i 澍n e t w o k f i r s to fa l l ，“s p a p e rp r e s e n t e dn e t 、v o r km o d e io fm o b i l ep e e r - t 0 - p e e r ，w h i c hi s d h t - b a s e d 觚dl o c a t i o n a w a r e i n s i d et l l er e g i o n ，r i n gt o p o l o g yo fc h o r di s a d o p t e d t h e s t a b i l i t ) ro fn e t w o r kt o p o l o g yi si m p r 0 v e d d i 丘 e r e n tr e g i o n sa r ec o n n e c t e dw i t hp u r e p e e r - t o - p e e rc o n s t r u c t i o n ，r e l i a b i l i t ) ，i si m p r o v e d c o n s i d e r i n gt h ei n c o n s i s t e n c yo ft o p o l o g y c a u s e db ym o b i l i 妙o fm o b i l ep e e r - t o - p e e r ，m i t d sa d o p t e dp h i s c a ls p a c em o d e l i n gi no r d e rt o c o n s t r u c tat o p o l o g y - a w a r eo v e r l a y b e c a u s eo f d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co fm o b i l ep e e r - t o p e e r m r d si n t r o d u c e da d 叩t i v ep e e ra n dd h t s e c o n d l y r e l i e do nt h ec o n s t m c t i o no fs t a b l en e t 、o r kt o p o l o g y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e d l c h o r dw h i c hi san e wl o o k u pp r o t o c 0 1 l c h o r dp r o v i d e dp r e c i s eq u e r y b u ti tc o u l dn o t p r o v i d ec o m p l e xq u e i y ， s om r j d sa d o p t sl o g i c a l s p a c et ob u i l di n d i c e so fd a t a ，a n d i m p l e m e n t sc o m p l e xq u e r y ，s u c ha sp o i n tq u e 叫a n dr a n g eq u e r y a tl a s to ft h ep a p e r w eh a v ee v a l u a t e dt h ep e r f i o n n a n c eo fc r i t i c a lt e c h n o l o g yo fm r d s o v e rt h eq u a l n e t o u re x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t et h a tm r d sa c h i e v e sq u i t eg o o dp e r f o m l a n c e o ns u c c e s s f u lr a t eo fs e n d i n gm e s s a g ea n dl o o k u pi a t e n c y k e y w o r d s ：m o b i i ep e e 卜t o p e e r ：t o p o l o g y - a w a r e ；r e s o u r c ed i s c o v e r y ；r a n g eq u e r y i i i 一 yi- ，illij h：，0 东北大学硕士学位论丈目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 研究背景和意义1 1 2 移动p 2 p 研究现状2 1 2 1 移动p 2 p 的国内外研究现状。2 1 2 2 移动p 2 p 面临的问题3 1 3 论文的主要工作及组织结构4 1 3 1 主要工作4 1 3 2 组织结构。4 第2 章移动p 2 p 及相关技术概述5 2 1 移动p 2 p 的基本概念5 2 1 1 移动p 2 p 的定义。5 2 1 2 移动p 2 p 的特征5 2 1 3 移动p 2 p 的分类6 2 2 移动p 2 p 的问题8 2 2 1 移动p 2 p 平台的技术限制9 2 2 2 移动p 2 p 环境的特殊需求9 2 2 3 用户的需求1 l 2 3 移动对等网和移动自组网的区别1 1 2 4 本章小结1 2 第3 章网络拓扑和资源发现策略研究1 3 3 1 对等网络拓扑的分析与选择1 3 3 1 1 集中式拓扑13 3 1 2 全分布式非结构化拓扑1 3 3 1 3 伞分钮式结构化拓扑1 4 3 1 4 半分行式拓扑1 4 3 1 5 移动埘等例络卜拓扑分析1 5 3 2 资源发现策略的埘比和研究1 6 3 2 1 肚j ：定埘筲网t - 的资源发脱策略1 6 一i v 东北大学硕士学位论丈 目录 3 2 2 基于移动对等网的特性提出资源发现策略1 9 3 3 移动p 2 p 系统分析一2 0 3 4 本章小结2 2 第4 章m i m s 系统的模型及策略2 3 审 4 1 主体思想和设计目标2 3l 4 2 各空间的布局2 5 l 4 2 1 物理空间组织2 5 j 4 2 2 逻辑空问组织一2 8 4 3 覆盖层网络拓扑3 1 4 3 1 网络拓扑的维护3 1 4 3 2 节点的加入、退出和更新3 6 4 4 资源发现策略3 9 4 4 1 资源的发布3 9 4 4 2 精确查询4 0 4 4 3 点查询4 3 4 4 4 范围查询4 3 4 5m i m s 模型的目标评测4 5 4 5 1 评测环境4 5 4 5 2 性能评测分析4 6 4 5 3 平均延迟时间4 7 4 6 本章小结4 8 第5 章总结与展望4 9 5 1 论文的主要成果4 9 5 2 论文的展望4 9 参考文献一5l， 致谢5 5； 一v 一 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 的飞速发展和迅速普及使其成为下一代网络数据通信的重要模 型。p 2 p 是一种分布式网络模型，在这种模型中，所有的参与节点都是平等的相互依赖， 参与者既是资源获取者又是资源提供者，实现了分布式系统内资源和服务的共享。与目 前比较流行的c s 模型相比，p 2 p 网络模型具有非中心化、可扩展性、健壮性、高性价 比、负载均衡等优点。p 2 p 技术的出现为充分利用网络中所蕴含的潜在计算资源提供了 新的契机。据统计，p 2 p 流量已经逐步取代了h t t p 流量成为i n t e m e t 流量的主体，占 i n t e m e t 中总流量的6 0 一7 0 ，占最后一公里接入网流量的8 0 n 1 。 另一方面，移动网络的发展是由无线通信技术的提高、移动设备的进步所驱动的。 目前，全球移动通信保持持续增长的势态，宽带无线技术主要包括：2 5 g 、3 g 、w l a n 、 w i m a x 、u w b ，由于主流宽带无线技术间的优势互补，采用混合组网的方案基本解决 了无线通信网络的接入问题，实现了从p a n 、l a n 到w ：a n 的空中接口，使得移动设备 可以很方便的接入网络，最后一公里的瓶颈明显得到改善。随着移动通信技术的提高， 移动设备的功能日趋强大，c p u 的计算处理能力，内存的存储容量不断增强，而成本却 越来越低，电池的容量和安全性进一步提高，寿命和待机时间也在延长，屏幕的尺寸和 分辨率在提高。固定网络不再是人们访问网络应用的唯一方式，使用移动设备，人们依 然可以共享资源、彼此通信等。 综上所述，移动p 2 p 计算是p 2 p 计算、移动无线通信技术、移动设备相互渗透衍生 而出的热门研究领域。市场研究公司p ”锄i dr e s e a r c h 发表的最新一份研究报告指出， 全球移动市场未来三年内将新增1 0 亿用户，使得全球移动用户的总数达到3 8 亿，移动 p 2 p 计算模型蕴含着巨大的商业和技术潜在价值，因此，需要从不同的角度应用和研究 这项技术。 移动p 2 p 网络拓扑结构及资源发现策略的研究，其理论意义在于可推动分布式计算 在移动网络中的应用。与互联网相比，移动网络是一个特殊而应用十分普遍的平台，如 何丌发基于这一平台的应用，是科研工作者和工程技术人员当前面临的主要工作。移动 环境的特殊性对p 2 p 网络拓扑和资源发现提出新的要求，移动网络具有高度动态性、传 输带宽仃限、连接的不叮靠性等特点，而移动节点具千如低的计算能力、小的存储窬髓、 有限 乜池弈& 等特点，这给p 2 p 技术竹：移动环境的应刚带水了一系列问题。由j j 移动 p 2 p 汁锋址分命式计算，闪此，研究移动p 2 p 的例络扦i 扑构建疗法及j 资源发现策略， 秆助j ：从川! 沦i ：探i 寸分衙i 式汁算技术住移动网络r f l 的j 渺川。，移动p 2 p 也槭j ：应川地吣， 一l 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 可以建立以网络拓扑和资源发现为基础搜索系统，例如移动文件共享，以移动p 2 p 为基 础的垂直搜索引擎、协作系统、网格计算等广泛应用。通过移动p 2 p 实现用户间透明的 共享图片、音频或视频等应用软件已经正常运行，移动资源发现技术可以帮助人们深度 挖掘潜在资源的利用率，实现资源的充分共享。同时，移动资源发现技术可以方便人们 即时找到协作对象，能够进行跨越地理位置障碍的协同工作。因此，本研究有助于在现 实生活中扩展人们的活动方式。 1 2 移动p 2 p 研究现状 1 2 1 移动p 2 p 的国内外研究现状 作为p 2 p 技术和移动无线网络技术的结合，移动p 2 p 正处于探索阶段。2 0 0 4 年第 一届移动p 2 p 计算国际研讨会在美国奥兰多举行，提出了移动p 2 p 计算的多个研究方向， 如移动p 2 p 的应用、协议、系统等，从而为移动p 2 p 的研究奠定了基础，移动p 2 p 计 算技术的研究越来越受到国内外大学、学术和公司研究机构的青睐。从研究现状来看， 国内外大量的研究机构正在从事移动p 2 p 方面的研究，国外对移动p 2 p 技术的研究较好， 国内在这方面的研究处于紧随状态。 国外开展技术研究的组织和机构主要包括大学、公司和国际学术团体。如美国u c b e r k e l e y 、u n i v e r s i t yo fi l l i n o i sa tc h i c a g o 、u n i v e r s i t ) ro fc m i f o r m a 、硒v e r s i d e 、p u r d u e u m v e r 2 s i t ) r 、u i l i v e r s i t yo fm a r y l a n db a l t i m o r ec o u i r c ) r 等；英国u i l i v e r s i 哆o fc a l t l b r i d g e c o m p u t e rl a b o r a t o 巧等；德国u i l i v e r s 时o fw u r z b u 玛等；其余还有i i l s t i t i j t eo f t l l en a l i a n n a t i o n a lr e s e a r c hc o u i l c i l 、t e c l u l i c a ju i l i v e r s 时o fv i e i u l a 、d i s 劬u t e ds y s t e m sg r o u p a u s t r i a 等。2 0 0 1 年全球第一款移动设备上的软件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 年法国企业公司准备大规模开发手机做为大型网络的节点的应用，2 0 0 4 年 通信巨头n o b a 与匈牙利的布达佩斯技术经济大学合作开发适用于手机网络的文件交换 技术，2 0 0 5 年5 月n e w b a y 宣布推出一款名叫的手机点对点软件，并在2 0 0 6 年做为一 项订阅服务正式运营在一个私有的手机网络上心1 。2 0 0 6 年由n a r e o s 开发的基于手机p 2 p 下载的服务软件p e e r b o x 推出了b e t a 版本。2 0 0 8 年3 月一位名为c o r e 的i p h o n e 破 解者开发了一款基于i p h o n e 平台的p 2 p 软件，可以支持p 2 p 文件传输协议，这款软件 目前已经完成了测试，可以正常运行。n o k i a 、i b m 、法国的a p e e r a 等公司也投入大量 人力和物力来研究这个课题，如在n o k i a 研究中心，已经测试了在6 6 0 0 型号手机e 的 p 2 p 网络。目前的版本可以分享图片和文本文件，以后的版本在于分享数字音乐等。法 国a p e e r a 公司提供技术使手机的丌发者能够为用户提供手机l 二共享的移动游戏、图片、 个人文件等”i 。 从陶内研究现状水石- ，2 0 0 8 午3j j 第“i ：i 4 际移动p 2 p 计铮会议n ：。 j 幽香港举行， 一2 一 【 l 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 肯定了国内移动p 2 p 研究的成果，进一步促进了移动p 2 p 计算在国内的研究。目前在中 国核心期刊上发表的有关移动p 2 p 的文章和收录的优秀学位论文逐渐增多，高校和研究 机构开始逐渐关注。一些大学和公司成立了对移动p 2 p 的研究课题组和部门，大学侧鼋 于移动p 2 p 领域的理论研究，高新技术公司侧重于p 2 p 技术的应用开发和产品化，如国 内的浙江大学、华南理工大学、北京邮电大学、复旦大学、华东师范大学、上海交通大 学、香港科技大学以及国立台湾科技大学等组建了自己的课题小组，并提出了许多有价 值性的理论研究。中兴、微软亚洲研究院也有自己的研究小组，申请了一些移动p 2 p 的 相关专利，并研究了一些创新性产品。国内关于移动p 2 p 的研究处于发展阶段，这为技 术创新提供了有利契机。 1 2 2 移动p 2 p 面临的问题 通过对截至2 0 0 7 年九月的近五届国际移动对等网络计算研讨会文献研究方向分析， 移动p 2 p 的研究热点问题主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 覆盖层体系结构：移动对等网络覆盖层体系结构直接决定整个网络的性能、 可靠性和可扩展性，是移动对等网络的基础。设计良好的覆盖层体系结构，以满足异构 企业网络的不同容量和需求，感知底层物理网络的改变，是一个需要讨论的问题【4 1 。 ( 2 ) 轻量级移动p 2 p 协议栈设计：移动设备的限制使得协议栈的设计应尽可能的 轻量化，如何使得协议栈既能实现移动p 2 p 应用需求的大部分功能，而不失灵活性、可 移植性，减少协议的层次，仍是研究的主要内容【5 1 。 ( 3 ) 资源发现、路由策略：在移动网络环境中，由于网络环境的复杂性，资源发 现和路由策略有很大的局限性。有效的策略可以实现异构网络的互通，具有良好的穿透 能力，智能的探测到资源的加入和离开，快速响应查询，并把最优结果返回给请求者【6 】。 ( 4 ) 移动对等网络的应用：移动对等网络的应用从最初的军事领域逐渐扩展到民 用领域，比如游戏开发、文件内容共享、流媒体点播、即时通信、深度搜索等。移动 p 2 p 网络在特定领域都面临着一系列挑战，比如游戏状态的管理，网络延迟，可伸缩性 等问题i 。 ( 5 ) 移动对等网络管理：移动对等网络管理问题是移动p 2 p 网络另一个不可忽略 的重要问题，主要有两方面的问题：网络环境的控制和节点安全性问题。集中管理式的 控制、网络流黾的监测、网络环境的稳定性都是亟待解决的关键问题；节点间的彼此信 任通信，匿名访问控制、攻击检测等几个方面足移动p 2 p 系统安令问题的研究方向【引。 ( 6 ) 性能评测和度量【具：分析影响移动p 2 p 结构的性能、效牢的冈素，可以史 合胖的改汁高效的体系结构，以评测所没计的策略优劣。冈此，移动p 2 p 一陀能的度谊【： j 和疗法，以及评价移动p 2 pi f 台的统。尺度，5 l ! 得越米越i r 嘤1 9 i 。 一3 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 3 论文的主要工作及组织结构 1 3 1 主要工作 本文主要对移动p 2 p 网络拓扑结构及其资源发现策略进行研究，首先需要深入了解 当前移动p 2 p 技术的基本概念，分析现有移动p 2 p 网络拓扑和资源发现策略是如何设计 的，然后，针对移动网络环境的特点，提出一种类似c h o r d 【l o 】的结构化网络拓扑，并在 构建的网络拓扑之上研究资源发现策略，设计出新的移动p 2 p 资源发现模型。具体研究 内容应达到的目标如下： ( 1 ) 设计移动p 2 p 的网络拓扑结构，网络拓扑结构的设计是资源发现模型的基础。 本文的网络拓扑能够适应以下移动环境的特征：异构性，底层网络的不统一以及网络接 口的多样性；动态性，无线网络和移动节点引起的高度动态网络环境；拓扑感知，没有 完全忽略底层物理网络，而在不同程度感知和利用物理网络；可伸缩性，随着网络规模 的增加，不至于性能迅速的降低。 ( 2 ) 在上述网络拓扑上进行资源发现策略的研究。资源发现策略是移动p 2 p 网络 中面临的核心问题之一。移动p 2 p 网络资源利用的首要问题就是资源发现问题。资源发 现策略主要解决的问题是：在完全分布的、自治的、节点频繁移动的环境中，探测资源 的加入和离开，提供请求节点的资源查找服务，以及在此过程中产生的一系列问题。为 满足用户尽可能多的获取所需数据，本文的资源发现策略不仅需要支持精确查询操作， 还需要支持复杂查询操作；查询策略应满足高效快速的资源请求定位、较低的延迟、较 低的带宽的占用率。 1 3 2 组织结构 本文共分六章，通过概括各章的内容和彼此之间的联系，本文组织如下： 第l 章，绪论。本章首先介绍了移动p 2 p 的研究背景和意义，其次介绍了研究现状 以及面临的问题，除此之外，本章还概括了研究内容和整篇论文的脉络。 第2 章，移动p 2 p 及相关技术概述。本章提出了移动p 2 p 的基本概念和研究分类， 阐述了移动p 2 p 的特征及移动p 2 p 存在的问题。 第3 章，网络拓扑及资源发现策略综述。本章重点总结了p 2 p 网络拓扑结构和移动 对等网络中的资源发现策略，并对比了p 2 p 系统对移动网络的适应性。 第4 章，m i m s 模型设计。本章详细论述了m r d s 模型的网络拓扑结构设计以及 核心的资源发现策略。通过q u a l n e t 的评测，分析模型的优势。 第5 章，总结和展望。指出本研究中的成果和小足以及以后的研究方向。 一4 一 东北大学硕士学位论文第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 2 1 移动p 2 p 的基本概念 2 1 1 移动p 2 p 的定义 p 2 p 指的是以分布式的方式利用分散的资源实现某种功能的一类系统和应用程序。 这里的资源包括计算能力、数据存储能力、数据本身、网络带宽等。而被实现的功能可 以是分布式计算、数据共享、通讯与合作，或者平台服务。分布式的方式指所采用的算 法是分布式的，所涉及的数据、原数据是分布式，或者以上这些都是分布式的，这并不 排除p 2 p 系统或应用程序的某些部分仍然是集中式【l i 】。 移动p 2 p 至今尚没有统一而明确的定义。移动p 2 p 是相对于固定p 2 p 概念而言， p 2 p 方法技术在移动计算中应用的研究都可以归为移动p 2 p 的研究范畴，它兼有p 2 p 技 术和移动技术的特点。传统的p 2 p 定义侧重于相似或相同节点间通过协作，共享完成相 同的任务，而在移动p 2 p 中至少存在这样一些节点，它们彼此间及与其它异构节点间的 最后一跳的通信方式是通过无线链路实现的。本文中移动对等网络的定义如下：移动对 等网络又称移动p 2 p 网络，为叠加在移动网络环境中网络层之上的会话层覆盖网络，能 够利用多种带宽和服务质量的底层接入技术，其主要目的是以直接交换的方式来实现可 移动终端设备之间数据资源的共享与服务的协同。 目前，大多数研究工作致力于移动自组网上的p 2 p 文件共享及数据分发等移动p 2 p 问题【1 2 】，也有部分工作基于蜂窝移动网和宽带无线接入网等移动p 2 p 网络来研究。本文 所涉及的移动p 2 p 物理网络范围涵盖了以上三种网络，因此底层网络具有异构性，而本 文主要集中在会话层构建网络拓扑结构，不涉及底层具体物理网络的连接，同时不涉及 应用层的具体应用，提供面向应用层的对等网络覆盖层，并采取相应措施屏蔽底层网络 的异构性对上层应用的影响。 2 1 2 移动p 2 p 的特征 移动无线网络的特点与移动节点的特点使得工作在有线网络中的固定p 2 p 系统不 能不加修改地部署到移动无线网络环境中，即移动p 2 p 系统必须包括不同于固定p 2 p 系统的特点，移动环境中的p 2 p 系统面临许多挑战：状态的高速改变，异构的网络体系 结构，和仃限的设备容量。网络运营商希望控制流量，同寸保留同定p 2 p 网络的优辨。 卜- 嘶列举止譬移动p 2 p 的特征： ( 1 ) 移动r 。节点的加入和退较传统的系统变得更加频繁和随机。稿：移动系统 中，耵 j 人i 为jl ：机、天机、断i 【l 等豢n 退。移动系统的f 输介质l i 要足i u 磁波，衙 一5 一 东北大学硕士学位论文 第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 电磁波是有作用范围并且容易受到干扰的。手机传输介质的特点也会导致节点的加入和 退出。移动系统的特点无疑增加了系统中节点加入和退出的随机性。节点可能在高速移 动的物理环境下工作，要求移动对等网络能够支持节点的动态变迁。 ( 2 ) 异构性。移动网络的终端种类繁杂，不同的设备有不同的硬件特性，c p u 、 存储等的差异造成了节点的硬件不对称性。通信网络的异构性，由于传输范围和应用需 求的不同，提出了适应不同层次和场所需求的通信网络架构，移动节点在不同的网络间 通信，会造成节点资源的不协调，例如，传输速率高、延迟性低的稳定网络和低速、不 稳定的网络通信，较低通信速率的网络将成为连接的瓶颈，需要屏蔽底层网络传输速率 等网络特性和网络接口的不一致性，提供不同网络间的无缝连接。 ( 3 ) 动态性。整个移动系统的网络拓扑结构和资源动态变化。移动系统基于移动 网络，网络中的节点通常是移动设备，这些设备具有很强的移动性。它们在网络中的位 置一般会频繁发生变化，系统中所有的节点都处于随机运动的状态，由于移动节点的地 址空间和对等层中网络地址空间相关，每个节点的变化都会增加对等网络的抖动率，整 个系统的拓扑结构呈现杂乱无章的剧烈变化。动态性的另一个方面表现为网络连接的动 态性。移动网络和目前移动网络数据传输速度有线网络相比起来，网络带宽有限，连接 可靠性较差。基站，接入点的距离，负载，电源供电能力等都将增加移动网络的不稳定 因素。移动网络通常以电磁波为传输介质，而电磁波是容易受到干扰和屏蔽的，诸如障 碍物、恶劣的气候以及复杂的电磁环境等都可能影响手机网络中的网络连接。 移动网络的异构性和动态性相比，前者指的是不同的设备和网络，而后者指同一设 备的状态和资源。异构性关注相对稳定的集合，而动态性则在相对较短的时间内考虑各 种资源的范围。 2 1 3 移动p 2 p 的分类 ( 1 ) 按照覆盖网结构中有无代理，可把移动p 2 p 系统分为基于代理的移动p 2 p 系 统和无代理的移动p 2 p 系统。目前，移动终端资源的限制使得大部分节点在无代理服务 器的情况下无法直接连接到网络，大多数移动p 2 p 系统均为基于代理的系统，少数系统 采取轻量化策略，允许移动终端在无代理服务器的情况下直接接入到网络，即实现了一 种无代理的移动p 2 p 系统基于代理的p 2 p 系统由对等节点和移动代理服务器组成，如 图2 1 。移动代理服务器有三种不同的体系结构。第一种：一个代理完全封装管理一组 对等节点；第二种：一个代理部分封装一组移动节点。第三种：每个移动节点都有一个 p 2 p 代理，并且各节点的身份公丌。在自订两种移动代理结构中，p 2 p 代理可能成为移动 节点和网络其余部分之i 、日j 、l k 务负载的瓶颈，而第i 种结构的问题是需要人量的p 2 p 代 理。二种结构都适用j ：3 g 环境，而且小用f t 似修改即町应i jj ：3 g 体系结构。冈此， 一6 一 东北大学硕士学位论文第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 p 2 p 网络可以独立于网络运营商使用代理。第二种结构比第三种结构效率更高，对运营 商最有利，而且允许每个移动节点拥有自己的身份。第三种结构对于使用个人计算机的 移动用户作为一个p 2 p 代理更有利。现在已有使用p 2 p 代理的体系结构g n u t e l l a 协议 0 6 版本已经有适用于超级对等实体的扩展，也就是通过p 2 p 代理保护小容量的对等实 体【l3 1 。无代理p 2 p 系统中对等层的所有节点都是对等实体，彼此间相互独立可以直接建 立连接并共享资源【l 引。 代理服务器 黝徽b 一一一一 图2 1 移动代理服务器 f i g 2 1m o b i l ep r o x ys e r v e r ( 2 ) 按照覆盖网的拓扑结构，当前的移动p 2 p 系统主要分为结构化p 2 p 系统、非 结构化的p 2 p 系统和混合式p 2 p 系统，如图2 2 所示，半分布式p 2 p 和完全分布式p 2 p 网络的区别在于对等层的查询的路由行为及搜索方法。半分布式p 2 p 网络使用动态中心 节点建立二级路由，优化对等层的路由行为。与集中式p 2 p 网络相比，任何节点的退出 不影响整个对等层的性能。完全分布式p 2 p 系统仅提供一个路由层，所有的节点是对等 的。目前有大量有代表性的结构化p 2 p 网络，例如，c h o r d ，c a n ，p a s t 巧等都提出基 于d h t 的优秀的p 2 p 概念。每个节点的i d 和对象由几个元素组成。如果一个节点加入 连接，它首先和网络中的节点随机建立一个连接，然后重定向最近的节点，因此大量的 连接需要重新配置来保证每个节点和它的最近的邻居相连接。 蚓2 2 拓扑分类 f i g 2 2c i a s s m c a t i o no ft o p o i o g y 一7 一 东北大学硕士学位论文第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 ( 3 ) 按照物理访问网络，移动p 2 p 系统分为：移动自组网系统、蜂窝移动网系统和 宽带无线接入网系统，如图2 3 。w i f i 、u w b 、w i m a x 等宽带无线接入网络为用户提 供了在任何时间、任何地点访问无线网络服务的可能性。同固定网络相比，蜂窝移动网 络主要由受限访问速率的节点组成，例如g s m 的最大数据传输率是1 4 4 k b p s 。由g s m 发 展而来的h s c s d 或g p r s ，最大速率有所提高，但是仍然低于常规的调制解调器。因此， 为减少信号的交通阻塞，引入了叶子节点，例如g n u t e l l a 。p 2 p 协议在移动蜂窝网络中的 应用必须克服这个主要限制，由于3 g ，b 3 g 的发展，数据传输速率大大提高，提出了一 些应用于移动蜂窝网络下的系统。改进p a s t r y 构造了一个分布式、自组织的p 2 p 网络体系 结构【蚓，基于s i p 构建适用于蜂窝移动的体系结构并应用于i m s 中，i m s f l 6 】为移动p 2 p 系 统提供了一个集中仲裁服务，可以很好的减少交通阻塞。移动自组网是自组织，多跳无 线网络，同p 2 p 网络相似，加入移动自组网的每个节点在物理层路由传输数据，在移动自 组网中，移动的无线节点使用在其传输范围内的节点作为传递站，路由转发数据给传输 范围外的节点，提出移动自组网中的服务发现分发机制n7 1 ，在大部分情况下，这些节点 提供了访问以太网的功能，目前最具有代表性的网络是w l a n 和蓝牙。 图2 3 物理网络 f i g 2 3p h y s i c a ln e t 、v o r k 2 2 移动p 2 p 的问题 与固定对等网络相比，移动对等网络有一些特殊的限制，在固定对等网络中，终端 的处理能力和存储能力很强大，而移动对等网中的设备性能则相对较差，另外在固定网 络中，资源的发布大部分由服务提供商创建，而移动对等网中的信息更具有自治性。尽 管大部分研究关注同定的，性能更高的对等网络，移动对等网络的研究也逐渐受到重视， 移动f 台的特殊需求和限制成为自接应用同定对等h | f 1 现有的阶议等的障碍，移动p 2 p 的f 够用具仃很大的挑战性8 9 l 。冈此，本部分首先研究移动， ，台卜的特殊需求和限制， 然后讨论移动埘等网络应川中川，、的需求。 一8 一 东北大学硕士学位论文第2 章移动p 2 p 及相关技术概述 2 2 1 移动p 2 p 平台的技术限制 固定p 2 p 系统中，对等节点大多由性能较高的服务器或者p c 组成，这些设备的c p u 速度，数据存储容量，电源等资源都是相对充裕的。而在移动p 2 p 系统中参与节点是各 种移动设备。这些移动设备的计算能力、存储容量，外围设备等资源都与个人电脑或者 工作站上的同类资源存在较大的差距，电池供