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基于无线MESH网络的P2P资源共享系统的研究

作　者: 周慧
导　师: 杨杰
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: P2P资源共享无线MESH网络移动管理位置知晓跨层多关键词检索物理规划
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

P2P (Peer-to-Peer)技术改变Client/Server (C/S)计算模式,在众多领域得到发展和应用,其中资源共享是最典型,也是最受欢迎的应用。在有线网络中,研究人员从P2P资源共享系统的拓扑架构,搜索算法等方面进行研究,已经取得一些显著成果。随着无线网络和移动终端技术的发展,研究人员在移动多跳自组织网络(Mobile Ad-hoc NETwork, MANET)中提出适应于无线通信环境和移动终端特性的无线P2P资源共享方案。无线MESH网络作为一种新的无线网络技术,由于其所具有的高速率、易组网、成本低、性能稳定等优势,引起人们的日益关注,研究人员开始考虑在无线MESH网络中进行P2P的相关应用。本文在无线MESH网络中实现P2P资源共享,针对P2P资源共享的关键步骤进行分析,并紧密联系无线MESH网络特点,分别研究了系统的体系结构和节点功能,P2P覆盖网络的拓扑优化,有效的资源检索机制和资源节点选择策略等问题,本文的主要工作和创新点如下：第2章根据无线MESH网络的特点,利用多级结构的网络构建混合式的P2P资源共享系统,依据系统的P2P覆盖网络拓扑形式,规定了系统中节点的不同功能和职责,共享资源的管理方式等。在系统中,客户端作为共享资源的提供者,其状态的改变会引起网络中共享资源的剧烈变化,对资源的查找,选择和下载产生影响。本章提出一种有效的移动客户端管理机制,能够确保资源搜索和资源下载始终能够定位到移动的资源提供者,解决了客户端的动态行为对共享产生的不利影响。客户端管理机制是资源成功共享的前提条件,一套完整、有效的客户端管理机制不仅包括客户端的管理方式,还涉及资源管理方式,资源查找,选择和下载方式等。仿真结果表明,客户端定位管理机制能够有效的解决分层式的无线P2P资源共享系统中客户端的移动性给共享带来的影响。第3章在Chord协议基础上,提出了一种覆盖网络拓扑构建算法——SpiralChord。SpiralChord根据空间填充曲线的映射法则来为MESH路由器分配ID,利用位置知晓策略来解决网络拓扑匹配问题,利用跨层策略来实现基于一跳广播的查找。通过分析位置知晓和跨层对覆盖网络拓扑构建的需求,提出基于曲线特性和平均八邻差最大的选择规则,对常见的空间填充曲线进行分析,选择完全满足该规则的Spiral空间填充曲线作为覆盖网络拓扑构建的基础。根据Spiral空间填充曲线的结构,提出Spiral曲线生成算法,来为MESH路由器分配ID,使得形成的环形覆盖网络,紧密的结合位置知晓策略和跨层策略,在降低网络开销的同时也能够改善系统性能。第4章提出了与上述覆盖网络拓扑相配合使用的多关键词检索机制。为了解决结构化P2P网络中,单个关键词不足以描述精确资源的问题,利用权重最大的多个关键词散列值的特定位提取和重组来计算资源的散列值,作为资源的唯一标识。利用散列值判断资源的相似性,散列值差异越小,则资源越相似。通过将资源按照其相似性进行分类,同类的资源按照Spiral曲线的走向分配键值KEY,同时符合SpiralChord中的路由器ID分配规则,在相应的KEY负责路由器中存储包含资源多个关键词的信息,使得同类的资源信息能够分散在物理位置相近的路由器中,达到相似资源的聚类。仿真结果表明,此方案可以显著地减少消息开销,提高查找效率和查准率,较好的支持资源的模糊查找。第5章提出了基于物理规划的资源节点选择算法。好的资源下载节点能够有效的提高资源传输效率,减少系统的整体消耗。通过对无线网络中影响节点间通信和数据交换的因素进行分析和讨论,综合考虑,选择适合的MESH客户端评价指标,提出了基于物理规划的资源节点选择策略。算法根据资源节点的综合偏好函数值对资源节点进行评估,满足指标始终协调准则。为了体现资源节点选择的个性化,利用层次分析法来对指标引入偏好系数,根据不同的指标侧重策略来进行资源节点选择。仿真实验表明,算法能够提高资源传输的成功率,减少资源传输消耗的平均时间。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-33
  1.1 选题背景  13-14
  1.2 研究现状与研究意义  14-30
    1.2.1 P2P资源共享系统的热点研究领域  15-25
    1.2.2 无线P2P资源共享系统  25-30
  1.3 本文的主要贡献和章节安排  30-33
    1.3.1 本文的主要创新工作  30-31
    1.3.2 本文的章节安排  31-33
第2章资源共享系统架构和移动客户端管理机制  33-58
  2.1 引言  33
  2.2 系统架构  33-35
  2.3 系统面临的问题  35-38
  2.4 移动客户端的定位管理  38-48
    2.4.1 移动节点对资源共享的影响  40-41
    2.4.2 节点定位管理  41-43
    2.4.3 节点和资源管理方式  43-48
  2.5 分析与仿真  48-56
    2.5.1 理论分析  49-52
    2.5.2 算法仿真  52-56
  2.6 本章小结  56-58
第3章基于Spiral曲线的覆盖网络拓扑  58-83
  3.1 引言  58
  3.2 结构化P2P网络的拓扑不匹配问题  58-60
  3.3 位置知晓与跨层策略  60-61
  3.4 基于Spiral曲线的Chord协议—SpiralChord  61-72
    3.4.1 空间填充曲线  62-64
    3.4.2 Spiral曲线  64-67
    3.4.3 SpiralChord的ID分配规则  67-72
  3.5 SpiralChord的指针表  72-74
  3.6 仿真与分析  74-81
  3.7 本章小结  81-83
第4章多关键词检索与信息聚类  83-96
  4.1 引言  83
  4.2 多关键词的资源检索  83-85
  4.3 基于多关键词信息的资源聚类  85-89
    4.3.1 资源的分类  85-86
    4.3.2 基于Spiral的信息聚类  86-89
  4.4 资源的KEY值计算  89
  4.5 资源的发布和查找  89-90
  4.6 算法仿真和性能分析  90-95
  4.7 本章小结  95-96
第5章基于物理规划的资源节点选择算法  96-115
  5.1 引言  96
  5.2 多副本下的资源节点选择  96-97
  5.3 指标始终协调的资源节点选择标准  97-98
  5.4 物理规划方法  98-105
    5.4.1 偏好函数  98-100
    5.4.2 偏好函数的数学表达公式  100-102
    5.4.3 基于偏好系数的偏好函数  102-105
  5.5 物理规划下的资源节点选择  105-110
    5.5.1 指标选择  105-107
    5.5.2 指标的偏好结构设计  107-108
    5.5.3 资源节点评价和选择  108-110
  5.6 仿真和分析  110-114
  5.7 小结  114-115
第6章总结与展望  115-118
  6.1 本文总结  115-116
  6.2 下一步的研究工作  116-118
致谢  118-119
参考文献  119-130
作者攻读学位期间取得的学术成果目录  130-131
附录  131-135

基于无线MESH网络的P2P资源共享系统的研究

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