Internet发布/订阅技术研究

摘要

今天的Internet已经不仅是一个用来共享和交换数据的信息网络，同时也是一个最大规模的分布式计算环境。Internet分布式计算是以大规模、分散控制、动态性、自治性为主要特征的分布式计算，而发布/订阅P/S(Publish/Subscribe)系统具有松耦合、匿名、多对多通信和可扩展的特点，已成为支持Internet分布式计算的重要基础中间件平台。
　　 然而，现有的P/S系统在效率、表达能力和可用性等方面尚存在着较多的问题，不足以支持Internet计算环境。本文在分析和总结P/S系统的原理、应用和关键技术的基础上，对覆盖网络的拓扑结构、路由算法、复合事件检测技术和面向对象环境中的发布/订阅服务等方面进行了重点研究。
　　 1)研究了基于层次模型的常量拥塞的拓扑结构。考虑到Internet环境对拓扑结构扩展性的要求，在层次模型的基础上，定义了一个不完全层次图IHG(IncompleteHierachical Graph)。分析了IHG的结构特征；证明了基于最短路径路由算法的IHG的常量拥塞特性。仿真实验表明：在较高的吞吐量下，IHG具有低的平均时延；作为一个非均衡结构，IHG能被容易地构建，并且避免潜在的拥塞链路，确保好的扩展性。
　　 2)提出了一种大规模P/S系统中基于内容路由CBR(Content-Based Routing)的新途径--ROSE(Routing on Subscription-Forwarding and Events-Flood)。在一个环空间中，ROSE在两种不同的、但是相交的分区中传播订阅条件和事件。建立了ROSE的流量分析模型，通过仿真验证模型的有效性。定义了稀疏ROSE模型ROSE_Scale的代理分解和复合过程，提出了ROSE_Scale中订阅表的重配置策略。仿真实验表明：ROSE提高了大规模的P/S系统路由效率，为在部署时进行流量控制提供了一个方法。
　　 3)研究了基于主动规则的主动订阅机制ASM(Active Subscription Mechanism)，用于为多种网络应用提供一种对时空事件进行检测的复合事件模型。提出了基于事件的层次型体系结构，包括网络层、P/S层和应用层，该体系结构通过P/S层实现了与现有P/S系统的集成。设计了基于主动订阅规则ASR(Active Subscription Rule)的复合事件模型，定义了ASR的四种语义聚集，讨论了基于ARS分解和部署的分布式计算方案。仿真实验从计算、存贮和通信开销等方面评估了ASM的性能，表明ASM为分布式系统提供了一个可扩展的、富有表达能力的解决方案。
　　 4)根据“基于P/S范型的面向对象环境”的思想设计了面向对象环境中的事件和订阅模型。在Delphi语言及其对象模型基础上，研究了面向对象环境中的P/S服务，该服务分为两个子系统：编译子系统和执行子系统。分别从面向对象和P/S范型的角度，分析了每个子系统的组成、工作过程和典型算法等。实验对用户编程模式、中间代码生成和执行的过程进行了仿真，表明P/S服务提高了P/S系统的可用性。