专利名称：：混合层次化p2p静态网络的制作方法
技术领域：
：本发明属于网络通信
技术领域：
，特别是一种涉及点对点的静态网络结构，可用于作为资源分布及网络查询的底层结构。
背景技术：
：近几年来，随着点对点网络技术的进步与发展，基于点对点P2P的网络文件共享系统逐渐成为互联网中最流行的应用之一。P2P技术从第一代的中心化索引服务模式发展到第三代的基于分布式哈希表，简称DHT的模式，基于P2P的网络文件共享系统也随着P2P技术的发展逐渐变得功能强大，内容丰富。随着互联网用户和数据量的急剧增长，传统的基于中心化P2P和非结构化P2P的网络文件共享系统逐渐变得效率低下，不堪重负。而基于分布式哈希表DHT的结构化P2P网络虽然具有效率高，负载平衡等优点，但是由于其结构复杂，在面对动荡的网络时的脆弱性使建立在其上的文件共享系统维护代价过高，稳定性不好，因此实用性不强。如何建立起既能够支持大量用户和数据，具有较高可扩展性和查询效率，又能在动荡网络状况下保持较好稳定性的网络文件共享系统成为研究的重点。这一问题的解决依赖于对现有P2P拓扑结构的改进和发展。目前，流行的P2P网络结构主要有中心化P2P拓扑、基于洪泛的非结构化P2P拓扑、结合了前两者的半分布混合化拓扑和结构化P2P拓扑四种结构。其中1、中心化P2P网络，如图1所示。该网络用中央索引服务器来存储资源的索引信息，资源的发现依赖于该索引系统，而数据资源在对等结点间直接传递。第一代MP3共享软件Napster就是一个中心化拓扑网络的典型应用。该中心化结构最大的优点是维护简单，发现效率高。但最大的问题与传统客户机/服务器结构类似，容易造成单点故障，访问的"热点"现象和内容版权等相关问题。2.非结构化P2P网络，如图2所示。图2中，Px是网络中的任一结点，该网络主要采用随机图的组织方式，没有中心服务器，各结点Px完全平等。各结点间采用广播洪泛、随机漫步或有选择转发算法等机制建立通讯，提供资源发现方法。基于非结构化P2P的典型的应用有Gnutella和Freenet软件。在这种结构中，由于网络结点度数服从幂律定律，从而能够较快发现目的结点，特别是在面对网络的动态变化时，体现了较好的稳定性和容错能力，因此具有较好的可用性。同时非结构化P2P可以支持复杂查询，如带有规则表达式的多关键词查询，模糊查询等。但是由于没有确定拓扑结构的支持，因而这种非结构化网络无法保证资源发现的效率，且可扩展性较差，即使需要查找的目的结点存在发现也有可能失败。同时由于采用洪泛等方式作为查找算法，在查找的过程中网络的负载很重，可能一个查询请求会被转发到整个网络，造成了网络资源很大的浪费，并且可能产生网络广播风暴，造成网络瘫痪。3.半分布混合化P2P拓扑，如图3所示。图3中，N表示普通结点，SN表示超级结点。该网络结合了中心化P2P结构和非结构化P2P结构，将网络中的所有结点组织成两层，上层选取性能较高的结点充当超级结点，超级结点之间基于洪泛方法的非结构化拓扑。其它结点和超级结点组织成以超级结点为中心的中心化P2P拓扑。风靡全球的文件共享软件KaZaa就是基于这种结构。KaZaa中一般结点上线将自己共享文件的索引提交给超级结点。查询交由超级结点在上层洪泛传播。这种P2P结构能结合两种结构的优点，考虑并利用了结点之间的性能差异，很好的适应了环境，并可以根据具体环境适时调整部分结构，提高了效率。但是由于其在上层还是基于洪泛的，所以效率仍然不是很高，网络负载仍然较大，扩展性不高。下层基于中心化拓扑，所以容错性不好。4.以基于DHT的定位和路由机制为核心的结构化P2P拓扑，如图4所示。图4中，Nx表示网络中的任一结点，图中的边表示结点之间的连接关系。该网络己成为最新的研究热点，这种网络系统能够自适应结点的动态加入/退出，有着良好的可扩展性、鲁棒性、负载均衡性和自组织能力。DHT使用分布式哈希算法来解决结构化的分布式存储问题。分布式哈希算法的核心思想是通过将存储对象的特征经过哈希运算，得到键值，对象的分布存储依据键值来进行。采用DHT的P2P路由协议主要有Chord、CAN、Pastry和Tapestry。由于采用了确定性拓扑结构，DHT可以提供精确的发现。只要目的结点存在于网络中DHT总能发现它，发现的准确性得到了保证，而且在每个结点维护少量的路由信息的情况下，资源可以在有限的步骤内被定位到。以Chord协议为例，N个结点的P2P网络，每个结点只需要维护O(logN)项路由信息，即可在O(logN)跳数内定位到资源。虽然结构化P2P效率高，负载均衡，可扩展性强，但是DHT结构的维护机制较为复杂，尤其是结点频繁加入退出造成的网络波动，而这恰恰是P2P网络的一个重要特征，会极大增加DHT的维护代价并容易产生路由表错误，从而严重影响其稳定性。
发明内容本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种混合层次化P2P网络的静态结构，以实现P2P网络的高效率和强稳定的性能。实现本发明目的的技术方案是吸取现有结构化网络和非结构化网络的各自优点，并对现有的结构化网络中的路由表进行改进。重新构建上下两层的P2P网络结构，其中，上层网络采用结构化的P2P网络，下层网络采用非结构化的P2P网络。上述混合层次化P2P静态网络，其中，上层的结构化的P2P网络采用由k个虚拟结点组成的环状结构。下层的非结构化P2P网络，是由k个群结构组成的环状分布，每个群结构由m个超级结点和n个一般结点组成，所有的一般结点之间随机连接，所有的超级结点之间相互连接，每个一般结点至少与一个超级结点连接，"#^，^=log2(V^7)，n=V^-log2(>/^)，U为整个网络中的结点总数，p为虚拟结点数与群结构的平均大小之比，(1/128)^/^(1/2)。上述混合层次化P2P静态网络，其中，上层网络中每个虚拟结点对应下层网络的一个群结构，每个群结构内的所有超级结点共同完成对应虚拟结点的维护，以及对群内一般结点的管理。上述混合层次化P2P静态网络，其中，每个群结构内的所有超级结点均设有路由表，所有群结构的路由表共同完成上层网络的中各虚拟结点之间的消息传递。上述混合层次化P2P静态网络，其中，每个群结构中的路由表均采用两级链表结构，第一级为改进的Chord协议中的Finger表，第二级为多个超级结点表，每个超级结点表存储对应的虚拟结点所对应的群结构内的超级结点的位置信息。Finger表中的每一项指针指向一个特定的虚拟结点对应的超级结点表，该特定的虚拟结点是距离该指针对应的起始值最近的虚拟结点。本发明由于上层网络采用结构化P2P网络，克服了现有非结构化P2P网络的查询效率低和扩展性差的问题；同时由于下层网络采用非结构化P2P网络，克服了现有结构化P2P网络的稳定性低的问题；此外由于整体上采用结构化与非结构化的混合型上下双层结构，使得本发明同时具有较高的查询效率、较好的可扩展性和较强的稳定性。图1是现有中心化P2P网络结构图2是现有非结构化P2P网络结构图3是现有半分布混合化P2P网络结构图4是现有结构化P2P网络结构图5是本发明的网络结构图6是本发明群结构内部结点连接示意图7是本发明改进的Chord路由表；图8是本发明与Chord网络的平均查询跳数的仿真对比图；图9是本发明与Gnutella网络査询成功率和负载仿真对比图；图10是本发明与Chord网络在结点失效下查询成功率的仿真对比图。具体实施例方式参照图5，本发明包括上层网络1和下层网络2，上层网络l采用结构化的P2P网络，下层网络2采用非结构化的P2P网络。该上层的结构化的P2P网络采用由k个虚拟结点VN组成的环状结构3。该下层的非结构化P2P网络，是由k个群结构4组成的环状分布，每个群结构4由m个超级结点SN和n个一般结点N组成，所有的一般结点N之间随机连接，所有的超级结点SN之间相互连接，每个一般结点至少与一个超级结点连接，如图6所示。图6中，VN表示虚拟结点，S表示超级结点，N表示一般结点。所述虚拟结点数*=7^，超级结点数m-log2(VZ7T7)，一般结点数M-V^-log2(V^)，U为整个网络中的结点总数，这个数据可以通过网络数据聚合的技术手段获得；p为虚拟结点数与群结构的平均大小之比，经过仿真试验可以证明，当p取值在[l/128l/2]之间时，具有理想的网络性能。上层网络中每个虚拟结点与下层网络的一个群结构相对应，每个群结构内的所有超级结点具有共同完成对应虚拟结点的维护，以及对群内一般结点管理的双重功能。每个群结构内的m个超级结点SN由n个一般结点N选举产生，即从一般结点中选取符合网络设定要求的结点作为超级结点。该设定要求包括是否在NAT防火墙内、在线时长的有效性、网络带宽、CPU运算速度、内存大小和支持的TCP连接数。根据不同的要求，设置权值，按权值对每个结点打分，如总分为100分，分数越高能力越强，则作为超级结点的可能性就越大。一般结点定期对自身做评价打分，待超级结点向全群网内洪泛消息，请求权值大于某个值的一般结点时，所有符合条件的一般结点都把自己的相关信息提交给该超级结点，超级结点再对其进行筛选，取其中若干个作为备用超级结点。每个群结构内的所有超级结点均设有路由表5，所有群结构的路由表共同完成上层网络的中各虚拟结点VN之间的消息传递。参照图7，每个群结构中的路由表5均采用两级链表结构，第一级为改进的Chord协议中的指针表，第二级为多个超级结点表。在原始的指针表中，有一项是结点的ID，现在需要改成虚拟结点的ID，即将第三项内容由指向一般结点的指针改成指向虚拟结点的指针，表示符号由原来的node被重新定义为cluster。新的指针表如表1所示。表1新的指针表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表1中可以看到cluster指向了一个虚拟结点。而以前的朋&指向的是结点，具体执行这个功能的就是一般结点。由于本发明的上层网络没有实际的结点而只有虚拟结点，而虚拟结点实际上是不存在的，真正完成虚拟结点所有功能的是此虚拟结点对应的群结构内的超级结点，所以本发明引入了超级结点表，在指针表中的指向一个虚拟结点的指针实际指向一个超级结点表，此超级结点表由此虚拟结点对应的群结构中所有超级结点构成。每个超级结点表中的每一项记录了一个超级结点的位置信息，位置信息由IP地址和端口号Port组成。本发明的效果可以通过以下的仿真进一步的说明1.仿真条件选用PEERSIM仿真软件对本发明的网络结构进行仿真。仿真试验参数为结点规模最小21、最大218，群内TTL为5，群内洪泛转发邻居数为5，上下层结点比率为1/10。每次试验重复20次，实验结果为平均值。2.仿真结果图8给出了基于本发明的网络查询跳数与基于结构化P2P网络Chord的网络査询跳数的对比。从图8中可见，基于本发明的网络查询跳数和Chord很接近，这说明基于本发明的网络查询具有较小的查询延迟。当结点超过215时，基于本发明的查询的平均跳数小于Chord。这是因为本发明的下层群内固定TTL的限制，使得基于本发明的网络查询的跳数增长速度下降，但同时查询效率也在下降。图9给出了基于本发明与基于非结构化P2P网络中的Gnutella网络的网络查询成功率和负载的对比。从图9中可看到，当结点数大于2(15)后，基于本发明的网络查询的平均成功率己经低于50%。但是与非结构化P2P网络相比，本发明的不仅查询效率高于Gnutella网络，而且网络负载比Gnutella网络小。图10展示了本发明与结构化P2P网络中的Chord网络的稳定性对比图。在这个仿真实验里我们选择网络规模为21Q，然后每五个周期随机失效5%的结点，不执行稳固算法，然后统计在失效的过程中查询成功率的变化情况，以表示网络的稳定性程度。通过图10可以看出，本发明的稳定性高于Chord网络，在不执行稳固算法时，基于本发明的网络查询的成功率下降速度明显低于Chord网络。基于以上的仿真试验与分析，我们得出结论本发明具有较高的查询效率和较强的稳定性。另外由于本发明的双层结构及超级结点机制，使得本发明可以容纳更多的结点而不使查询效率下降过快，因此具有良好的扩展性、较高的负载平衡和容错性。权利要求1.一种混合层次化P2P静态网络，包括上层网络和下层网络，其特征在于，上层网络(1)采用结构化的P2P网络，下层网络(2)采用非结构化的P2P网络。2.根据权利要求1所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，上层的结构化的P2P网络采用由k个虚拟结点(VN)组成的环状结构(3)，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>，U为整个网络中的结点总数，p为虚拟结点数与群结构的平均大小之比，(1/128)^/^(1/2)。3.根据权利要求1所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，下层的非结构化P2P网络，是由k个群结构(4)组成的环状分布，每个群结构由m个超级结点(SN)和n个一般结点(N)组成，这些一般结点之间随机连接，超级结点之间相互连接，每个一般结点至少与一个超级结点连接，"麵P，附10g2(VZ7T7)，"=-l0g2(V^)，U为整个网络中的结点总数，P为虚拟结点数与群结构的平均大小之比，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>4.根据权利要求2或3所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，上层网络中每个虚拟结点(VN)对应下层网络的一个群结构(4)，每个群结构内的所有超级结点共同完成对应虚拟结点的维护，以及对群内一般结点的管理。5.根据权利要求3所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，每个群结构内的m个超级结点(SN)由n个一般结点(N)选举产生，即从一般结点中选取符合设定网络要求的结点作为超级结点。6.根据权利要求4所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，每个群结构(4)内的所有超级结点均设有路由表(5)，所有群结构的路由表共同完成上层网络的中各虚拟结点之间的消息传递。7.根据权利要求6所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，每个群结构中的路由表(5)均采用两级链表结构，第一级为改进的Chord协议中的Finger表，第二级为多个超级结点表，每个超级结点表存储对应的虚拟结点所对应的群结构内的超级结点的位置信息。8.根据权利要求7所述的混合层次化P2P静态网络，其特征在于，Finger表中的每一项指针指向一个特定的虚拟结点对应的超级结点表，该特定的虚拟结点是距离该指针对应的起始值最近的虚拟结点。全文摘要本发明公开了一种混合层次化P2P静态网络。它包括结构化的P2P上层网络和非结构化的P2P下层网络，该结构化的P2P网络是由k个虚拟结点组成的环状结构(3)，该非结构化P2P网络是由k个群结构组成的环状分布，每个群结构由m个超级结点和n个一般结点组成，每个群结构内的所有超级结点均设有路由表，这些路由表共同完成上层网络的中各虚拟结点之间的消息传递。下层网络的中的一般结点随机连接，超级结点相互连接，每个一般结点至少与一个超级结点连接。上层网络的每个虚拟结点对应一个群结构，每个群结构内的所有超级结点共同完成对应虚拟结点的维护及对群内一般结点的管理。本发明具有效率高和稳定性强的优点，可用于作为资源分布及网络查询的底层结构。文档编号H04L12/42GK101364996SQ20081015043公开日2009年2月11日申请日期2008年7月23日优先权日2008年7月23日发明者吕二涛,卓彭,杨曹,段振华,博王,磊王,王小兵,黄伯虎申请人:西安电子科技大学