发布/订阅系统中可靠组数据传输协议研究

摘要

随着网络、通信技术和Internet的飞速发展，分布式系统的规模和范围已经发生巨大的改变，需要一种更灵活的通信机制来满足这些分布式系统新的应用形态。发布/订阅机制的时间、空间和控制松耦合正好可以满足这种需求。发布/订阅系统具有一对多或者多对多的组数据传输要求，组数据传输是发布/订阅系统中的一个重要传输模式。
　　在发布/订阅系统中，每个主题对应一个传输组，可有大量组数据传输组同时存在，每个传输组可能包含大量的接收者。组数据传输占据了发布/订阅系统中大量的流量。因此，发布/订阅系统中的可靠组数据传输不仅需要支持组数据的可靠传输，还需要适应不同要求的可靠组数据传输，做到具有高可扩展性和较高的带宽利用率。
　　现有的组数据传输方法不适用于在发布/订阅系统中进行可靠组数据传输，因为它们或者不具有可扩展性（如可靠网络层组播），或者不能高效的利用网络带宽（如可靠应用层组播）。另一方面，现有的方法也没有针对发布/订阅系统组数据传输的特点进行数据传输，不能同时适应组数据传输的不同要求。
　　在分析发布/订阅系统组数据传输特点的基础上，本文提出了一种可靠组数据传输协议PSRGTP。它可支持多种数据传输需求，具有高可扩展性，能获得较高的带宽利用率，可解决发布/订阅系统中的可靠组数据传输问题。本文主要工作和贡献包括:
　　(1)提出了可靠组数据传输协议PSRGTP，该协议在广域网上采取可靠应用层组播，构建共享网络，降低组播树的构建和维护代价;在局域网内采取可靠网络层组播，提高网络带宽利用率。在NS2上进行的仿真实验结果表明，PSRGTP达到了预期的设计目标。
　　(2)提出了发布/订阅系统组数据传输的拓扑构建算法。该算法使用特定节点辅助构建骨干网络分发树，使得分发树构建和维护代价不高，并且可避免环路现象。设计备份节点代理节点，避免在节点代理失效时出现局域性瘫痪。
　　(3)支持可靠性QoS、时延QoS、时序Qos和容错QoS，以便用户在进行组数据传输时选择最合适的传输方案。对于可靠性需求，通过选择最合适的底层协议，并在不同传输速率下动态切换来加以支持。对时延需求，可选择低时延的UDP单播协议和可靠IP组播。对于时序需求，通过节点代理来保证。对于容错需求，采用备份机制，在节点代理失效时，备份节点代理迅速提升自身为节点代理，降低失效引起的影响和范围。
　　(4)基于PSRGTP，在WINDOWS平台上，设计并实现了一个发布/订阅系统原型，并对该原型系统进行了功能测试和性能测试。

目录

声明

摘要

论文图表索引

第一章 绪论

1．1 发布／订阅系统

1．2 可靠组数据传输

1．2．1 可靠IP组播

1．2．2 可靠应用层组播

1．3 发布／订阅系统中的可靠组数据传输

1．3．1 应用场景

1．3．2 存在的问题

1．3．3 组数据传输需求

1．4 本文的主要工作

1．5 论文组织结构

第二章 研究现状及相关技术

2．1 可靠IP组播

2．1．1 差错控制

2．1．2 拥塞控制

2．2 可靠应用层组播

2．3 本章小结

第三章 可靠组数据传输协议

3．1 设计目标和原则

3．2 PSRGTP协议概述

3．2．1 技术选择讨论

3．2．2 基本思想

3．2．3 协议主要交互过程和帧格式

3．3 关键技术

3．3．1 拓扑构建算法

3．3．2 支持可靠性QoS

3．3．3 支持时延QoS

3．3．4 支持时序QoS

3．3．5 支持容错QoS

3．3．6 拥塞控制

3．4 本章小结

第四章 基于PSRGTP的发布／订阅原型系统实现

4．1 原型系统架构

4．2 原型系统模块

4．2．1 应用开发模块

4．2．2 节点代理监控模块

4．2．3 骨干网络监控模块

4．2．4 应用代理与应用连接管理子模块

4．2．5 主题信息管理模块

4．2．6 数据信息管理模块

4．3 原型系统交互过程

4．3．1 节点代理选举过程

4．3．2 备份节点代理选举过程

4．3．3 节点代理加入骨干网络过程

4．3．4 节点连接监控过程

4．3．5 主题信息管理过程

4．3．6 发送主题数据过程

4．3．7 接收数据过程

4．4 本章小结

第五章 实验及结果分析

5．1 系统功能测试

5．2 协议性能测试

5．2．1 实验平台环境及配置参数

5．2．2 协议性能比较

5．2．3 协议可扩展性比较

5．3 协议可靠性分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 进一步工作

参考文献

致谢