基于订阅划分的发布/订阅路由技术的研究

摘要

由于发布/订阅通信机制能够使参与者在空间、时间和控制流上完全解耦,且具有异步、多点通信的特点,因此能够较好地满足许多大型分布式系统松散耦合通信的需求,成为构建大规模分布式系统的基础,近年来受到广泛关注和深入研究。
　　 根据事件模型,发布/订阅系统可以分为基于通道、基于主题和基于内容等类型。相对于基于通道和基于主题的发布/订阅系统,基于内容的发布/订阅系统具有更强大、更灵活、适应性更广的特性。然而,基于内容的发布/订阅系统要成为大规模分布式应用的支撑平台,还有许多关键技术需要解决。本文针对目前基于内容的发布/订阅系统中的匹配和路由技术这两个关键问题进行了研究,给出了可行的解决方案。本文主要工作如下:
　　 1)针对匹配算法中的搜索数算法和计数算法在多操作符环境需求中的局限性和匹配范围优化的欠缺性问题,提出了一种基于订阅集合划分的多维索引并行匹配算法——SPMP匹配算法。该方法依据订阅谓词的分布所具有的共性来实现订阅的聚类划分,并采用树形索引结构,来实现并行匹配计算;并且能够准确地将匹配的执行仅限制在可能对事件感兴趣的订阅子集中,降低了所要搜索的索引结构的规模和时间开销,同时各个子集内的索引结构采用多维索引的方式,利用谓词之间的覆盖关系来加快匹配速度;并且能够及时发现不存在与事件匹配的订阅的情形,从而可以终止匹配过程,减少不必要的时间消耗,提供匹配效率。
　　 2)针对路由算法中存在的代理路由表规模庞大、转发次数过多等弊端,提出了基于订阅集合划分的发布/订阅路由算法——SSP路由算法。该算法根据SPMP匹配算法中的划分方法将订阅集合划分,使得每个代理管理不同的订阅子集,大大减小了路由表的规模,并使得事件和订阅能在更小的范围内进行路由,而无需洪泛地在代理问保持订阅状态的同步,提高了系统的效率和可伸缩性;同时各个代理分配管理的订阅不存在交集,避免了订阅需要同时被多个代理重复维护的现象,提高了系统的空间效率。
　　 3)针对系统普遍存在的负载不均的情况,提出了SSP路由算法下匹配负载均衡的实现方法,通过订阅分配的调整,使各代理能够处于负载均匀的状态,而不会出现某些代理超高负荷或超低负荷运行的现象,保证了系统整体运行的高效性;同时引入重构的方法来预防节点或链路的意外崩溃造成的系统瘫痪,从而使系统能够及时处理故障,恢复通信,提高了容错性。