结构化P2P网络的负载均衡方法和通用P2P模拟器的研究

摘要

目前，P2P技术已变得越来越流行了。P2P技术广泛应用于资源共享而和存储、多媒体传输、分布式计算、P2P搜索技术、协同工作和分布式数据存取等领域。P2P覆盖网络是构建在低层物理网(例如Internet)上的一个逻辑网络。P2P网络系统是高度动态的，结点可以频繁加入和离开网络。网络中的每个结点都可以通过虚拟连接或逻辑连接相联系，每一个连接都对应于底层的网络的一条路径。最近几年又提出了结构化P2P网络的概念。相对于非结构化的P2P系统，结构化P2P系统在可扩展性、容错性和检索速度等方面有大大改善。但是受到许多因素的影响，这些结构化P2P系统具有负载不平衡的问题。P2P系统的负载分为物理负载和消息负载。物理负载即为结点存储的内容资源的总的大小。在结构化的P2P网络系统的查询模式下，可把结点的消息负载定义为请求负载和路由负载的加权和。
　　 本文首先提出了一个考虑到Zipf请求和低层物理网络影响的负载平衡方法。我们提出了路由表更新和热点资源缓存算法，以平衡结构化P2P系统的负载。针对在负载均衡策略，我们提出了两种算法。第一个算法主要是删除一些指向重载结点的逻辑链接，然后把这些连接指向轻载的结点，这将减少重载结点的路由负载，从而减少重载结点的消息负载。第二个算法主要是选择轻载的结点去缓存重载结点的热点资源，从而可以减少重载结点的请求负载从而可以减少消息负载。目前的国内外的许多研究都是集中在均衡物理负载或者均衡消息负载，两者的结合是个难点。我们提出了一个综合均衡物理负载或者均衡消息负载的方法，该方法结合虚拟服务器方法中转移虚拟结点的思想，综合了消息负载的因素，通过优先级的判断，在执行虚拟服务器转移策略时考虑到了虚拟服务器的消息负载，可以更加客观的把重载结点的虚拟服务器转移到轻载的结点。最后，为了准确地分析P2P系统的特性和各种协议的性能，我们设计并实现了一个基于离散事件的通用P2P模拟器，E-Simulator。它是个通用模拟器支持对许多P2P协议、搜索算法和拓扑生产算法进行了模拟，还能对各种负载均衡算法进行模拟。该模拟器提供了一个GUI接口，不仅可以帮助用户构建P2P覆盖网和监测在模拟过程中结点的动态行为，还能在模拟过程结束后显示统计结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2课题引出

1.3论文的主要工作

1.4论文组织

第二章基本理论

2.1基本定义

2.2 P2P网络的优势和特点

2.2.1 P2P网络的特点

2.2.2 P2P网络的优势

2.3 P2P技术的应用

2.4 P2P网络的分类

2.5结构化P2P网络

2.5.1 DHT

2.5.2 DHT的自适应机制

2.5.3典型的结构化P2P网络

2.6本章小结

第三章结构化P2P网络的负载均衡问题

3.1负载不均性的产生

3.2 Zipf查询

3.3负载的定义和表示

3.4目前的负载均衡方法

3.4.1虚拟服务器方案

3.4.2多hash策略

3.4.3复制策略

3.4.4缓存策略

3.4.5路由表调整策略

3.5本章小结

第四章在结构化P2P网络中Zipf查询模式下的负载均衡方法

4.1负载均衡方法的特点

4.2基本定义

4.3路由表替换算法

4.4热点资源缓存

4.4.1资源访问表

4.4.2导出公式

4.4.4热点资源缓存算法

4.5实验结果及分析

4.6本章小结

第五章在Zipf查询下均衡结点的物理负载和消息负载

5.1负载均衡方法的主要特点

5.2基本定义

5.3负载均衡方法

5.3.1虚拟服务器初始化

5.3.2结点的初始化

5.3.3 BPML负载均衡方法的步骤

5.4实验与分析

5.5本章小结

第六章 通用模拟器E-Simulator的研究

6.1模拟器的评判标准

6.2目前常用的模拟器

6.2.1 NeuroGrid

6.2.2 OverSim

6.2.3 NS-2

6.2.4 PeerSim

6.2.5 GPS

6.2.6 P2PSim

6.2.7各常用模拟器的比较

6.3基于离散事件的通用模拟器E-Simulator

6.3.1体系结构

6.3.2事件处理模型

6.3.3主要类的实现

6.3.4 GUI

6.4实验

6.4.1非结构化P2P系统的搜索实验GUI

6.4.2结构化P2P系统的负载均衡GUI实验

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文的主要研究成果

7.2未来的研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的研究工作