专利名称：一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法
技术领域：
本发明涉及网络通信领域，特别是对等网络搜索优化和资源放置优化问题。
背景技术：
对等网络是下一代网络的核心概念，与传统的中心服务器与客户端模式不同。在对等网络中，各个节点既从其余节点获得自己想要的资源，也向其余的节点提供自己共享的资源。在对等网络的实现中，由于不存在中心服务器，如何快速的定位各种资源和服务是一个关键技术。当前关于对等网的快速搜索的研究将对等网分为了结构对等网和无结构对等网。 无结构对等网相对于使用分布式哈希表(Distributed Hash Table)的结构对等网而言，在精确搜索上效率降低，但是其自身维护开销显著减少，具有良好的扩展性，便于大范围内组网。在无结构对等网中，信息的搜索分为盲目搜索和导向性搜索。盲目搜索以泛洪 (Flooding)搜索为基础，节点将搜索信息无差别的，或是随机的选择若干个邻居节点进行转发，搜索具有盲目性；导向性搜索的常用技术是根据节点已有的搜索历史，将信息转发到搜索成功率更高的节点上。导向性搜索中转发节点的选择是根据节点的搜索历史进行筛选，因此其转发节点往往跟查询节点具有一些相同的性质，比如拥有相似的兴趣内容，或是在线时间相似等等。 在一定程度上导向性搜索比盲目搜索的成功率要大，同时减少了网络中的转发信息冗余。 但经过一段时间后，由于网络中部分节点其维护的内容较多，且服务能力好(例如，一个局部地区的小型服务器)，使其渐渐的成为周边节点的共同转发节点。这样就形成了对等网中的一些过热节点或者称之为超级节点，它们承担着网络中很大一部分搜索信息的处理和转发。另一方面，以历史信息为导向的搜索，在搜索流行文件时效果显著，在处理冷门文件时，由于用户之间的差异性，使得效果并不明显。一个可能的情况即为网络中某节点对某种稀有资源发出搜索信息，并将其导向性的发送给超级节点，而超级节点不存在这种资源，但实质上在需求节点周围的某个叶子节点上即存在此资源，从而导致即使资源节点在需求节点可达的范围内，搜索依然失败。针对这些情况，当前常用的技术就是进行资源的优化放置，对冷门资源进行合理缓存，提高冷门资源的搜索成功率。该技术一个基本思路是在每次搜索成功后，将搜索信息和资源节点的基本信息缓存在整个查询链路的节点上，当下一次有相同的搜索信息转发到此链路的节点时，节点发现此搜索信息与自身缓存的搜索信息相同，则将资源节点的基本信息反馈给搜索节点，搜索节点从而和资源节点建立直接连接，从而减少了开销(图2)。现有的索引缓存技术也有了不少研究成果。有的将搜索信息和资源节点的地址的索引值直接缓存到搜索链路上的每一个点；有的将搜索信息和网络中的节点地址进行哈希计算，只将资源缓存到哈希值相匹配的节点。这些技术都很好的提高了搜索的效率，减少了搜索造成的开销。另一方面，缓存技术一个关键的问题是要保证索引的有效性，节点需定期的向源节点发送信息，确定索引匹配的资源是否还有效。如资源已经不存在，则更新自身的索引。 常用技术是将索引和搜索信息分别设立时间节点t1;t2，索引的有效期为At。若t2e (tl， ti+At)，则认为此时的索引信息是有效的，直接转发搜索信息到资源节点。否则，缓存索引的节点可以先询问资源节点是否还保持此资源，再选择转发搜索信息。最后，当前的技术对索引的缓存以提高搜索成功率为目的。网络中的索引缓存存在着很多冗余放置。在小规模局域网中，由于节点和资源都相对较少，冗余放置在提高搜索成功率基础上不会对节点缓存产生很大影响。而在大范围组网中，尤其是稠密的网络中，节点可能无法承载过多的缓存，从而影响网络的可扩展性。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，该方法使得网络中对资源的搜索成功率增加，搜索开销减少。本发明的技术解决方案一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，实现步骤如
图1所示，具体如下A.在对等网络每一个运行周期开始时，网络中的每个节点统计上一个周期内的自身被访问的次数；B.根据访问次数将每个节点分成了叶子节点和超级节点，访问次数超过设定阈值的节点定义为热门节点，也称之为超级节点，访问次数没达到阈值的节点称为叶子节点；所有的节点向其周围的节点发送一个表明自己身份的信息，从而网络中每个节点均知晓自己周围的超级节点和叶子节点；C.叶子节点根据自己接收到的步骤B中所述身份信息，统计出自己路由表中的超级节点，并计算所述这些超级节点与自己的行为相似性；所述叶子节点与超级节点间的行为相似性是指上个周期内叶子节点与超级节点共同在线时间的比重；此外，叶子节点统计上一周期内自身的资源访问次数，将访问次数低于设定阈值的资源定义为冷门资源；D.所述超级节点根据自己接收到的步骤B中所述身份信息，统计出自己路由表中存在的超级节点和叶子节点，并计算所述这些超级节点与自身之间的连通度，再将所述连通度发送给其路由表中的叶子节点；E.叶子节点根据步骤C中所述的与超级节点之间的行为相似性，以及接收到的D 中所述的超级节点之间的连通度信息，建立一个以每个叶子节点放置的资源索引数最小为目标函数的整数规划模型，所述目标函数的整数规划模型为
Kl^⑴
(1 (2)
>β) (ysNr,SNp,-SNq(,aSN)min V X.. A^l mj；=1
s.t.m ΤΛ· ；=1X · mj
X . 八nir+Xnip++Xniq
权利要求
1. 一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，其特征在于实现步骤如下A.在对等网络每一个运行周期开始时，网络中的每个节点统计上一个周期内的自身被访问的次数；B.每个节点根据访问次数确定自己为叶子节点或者超级节点，访问次数超过设定阈值的节点定义为热门节点，也称之为超级节点，访问次数没达到阈值的节点称为叶子节点；所有的节点向其周围的节点发送一个表明自己身份的信息，从而网络中每个节点均知晓自己周围的超级节点和叶子节点；C.叶子节点根据自己接收到的步骤B中所述身份信息，统计出自己路由表里的超级节点，并计算所述这些超级节点与自己的行为相似性；所述叶子节点与超级节点间的行为相似性是指上个周期内叶子节点与超级节点共同在线时间的比重；此外，叶子节点统计上一周期内自身的资源访问次数，将访问次数低于设定阈值的资源定义为冷门资源；D.所述超级节点根据自己接收到的步骤B中所述身份信息，统计出自己路由表中存在的超级节点和叶子节点，并计算这些超级节点与自身之间的连通度，再将所述连通度发送给其路由表中的叶子节点；E.叶子节点根据步骤C中所述的与超级节点之间的行为相似性，以及接收到的D中所述的超级节点之间的连通度信息，建立一个以每个叶子节点放置的资源索引数最小为目标函数的整数规划模型，所述目标函数的整数规划模型为mm' -、yΣ ^；=1mSi. y P11 · Xmi ·\ε\> λ(1)L·^ V ny I j \；=1Xnir+Xni^-'+Xnic^ 1⑵(if Connectl(SNr,SNp,--SNcfΑτι’.η JW+、丨+…水|>β) (ysNr,SNv,."SNc^nsN)Xnij = 0,1(3)其中XnU描述叶子节点Ni将冷门资源fn的索引存储于超级节点S 上这个事件，Xnij =1表示在S 存储该索引，否则Xnu = 0，m为超级节点的个数；模型的约束条件(1)中的Pu表示节点Ni将冷门资源fn的索引存储于超级节点SNj的概率，Pu可以用行为相似性来表示，λ是一个给定的阈值；模型的约束条件O)中Qsn表示超级节点的集合，Lp Lp，…，Ltl表示的是超级节点S凡， SNp,…，SNq的路由表中节点集合，Lr π ρ...π q表示的是这些超级节点路由表中的共同连接节点的集合，I ·|表示集合的大小，当连通度指定的阈值时只在其中的一个节点上放置同一个文件的索引，从而减少网络的资源放置开销；F.求解步骤E中所述整数规划模型，得出放置资源索引的超级节点的集合；G.叶子节点将步骤C中所述的自身的冷门资源的索引缓存到步骤F所得的最优解中对应的超级节点上。
2.根据权利要求1所述的一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，其特征在于所述步骤A中的周期指一个时间段单位，为一周或者一个月，具体时间长度视网络负载和资源流行时间，更新频率等情况而定。
3.根据权利要求1所述的一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，其特征在于所述步骤C中行为相似度的计算公式为T1^T1Sim(N^Nj) =T其中，用Ni, Nj来表示网络中的任意两个节点，Sim(Ni, Nj)表示Ni, Nj之间的行为相似度，T表示一个周期的时长；Ti, Tj分别表示节点NpNj在T时长里的在线时间，Ti Π Tj表示 Ni, Nj在T时长里的共同在线时长，在具体的实施中，每个节点在每次进入网络和离开网络时都向其路由表中的节点发送一个消息，从而可以得到每个节点的具体在线时长。
4.根据权利要求1所述的一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，其特征在于所述步骤D中超级节点在每个周期内开始放置索引前先计算其相互之间的连通度，任选其中若干个超级节点S&，SNi+1,…，SNj,其连通度的计算公式为r_ |Αη +ι-η;|—’.為)其中，用Li, Li+1，…，Lj表示对应的超级节点SNi, SNi+1…，SNj的路由表中节点集合；超级节点首先检索自身路由表中的超级节点，然后与这些超级节点互相交换各自的路由表信息并对路由表中节点ID进行比对，得到连接的共同节点的集合，用Lini+1...…表示，I · I表示集合的大小；当连通度Wm,,)大于设定的阈值时只在其中的一个节点上放置同一个文件的索引，从而减少网络的资源放置开销。
5.根据权利要求1所述的一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，其特征在于所述步骤F中采用贪婪算法去求整数规划模型，具体步骤为步骤5. 1 任意选取网络中一个待放置索引的叶子节点，表示为Ni,首先计算Ni路由表中的超级节点SN1, SN2,…，SNn，其中η为Ni的路由表中的超级节点的个数，得到一个相似度集合P= (P1, P2, "·Ρη)，其中每个分量PiG = 1，2···η)表示超级节点SNi和叶子节点 Ni在一个周期内的共同在线时长比重；如果叶子节点Ni路由表中一个超级节点也没有，即户=0，则算法停止；否则，对P降序排序得到P' = (p' ρρ' 2，…ρ' n)，设最优解集合 S为空集，S吖=0,转步骤5. 2;步骤5. 2:如果最优解中超级节点所连接的叶子节点数超过设定的阈值λ，即Σ^ ·ΚΙ" 1，则停止，输出最优解集合S ；否则转步骤5. 3 ；；=1步骤5.3:设当前P'中的值最大的分量为P' k，在第一次计算时，k= 1，找到P' k对应的节点SNk，并更新P'，更新方法为将当前的p' k从P'中去掉，如果最优解集合S中存在若干个超级节点与SNk之间连接的共同节点数的比例超过阈值β，即存在SNi, SNi+1··· SNj e S，使得连通度&> β，则舍去SNk，即S = S，返回执行步骤5. 3 ；否则转步骤5. 4 ；步骤5. 4:用S 表示当前集合S中的超级节点，S 路由表中的节点数表示为ILjI， 其中j为算法每次迭代过程中加入集合S中的具体节点下标，如果最优解中已有的超级节点所连接的叶子节点数和SNk所连接的叶子节点数的期望超过了设定的阈值λ，即
全文摘要
一种对等网络中冷门资源索引的优化放置方法，将对等网络中的缓存索引的节点选择，索引的均衡放置等进行了数学的抽象，从数学角度提供了一个资源优化放置的模型，由此提高了对等网络中冷门文件的搜索成功率，同时减少了缓存索引的开销，从而使得整个网络的总开销减少，使网络更具有扩展性。
文档编号H04L12/24GK102377826SQ201110385538
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者吴鸽鹏, 姜志鹏, 孙静, 安然, 杨文国, 王慎娜, 赵彤, 邓浩江, 郭田德, 高随祥 申请人:中国科学院研究生院