專(zhuān)利名稱(chēng)：大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化p2p網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索方法，尤其是支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的高性能資源搜索方法。
背景技術(shù)：
P2P(peer-to-peer)網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)興起的一種網(wǎng)絡(luò)。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)在邏輯上是對(duì)等的，沒(méi)有客戶(hù)端和服務(wù)器之分，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以直接進(jìn)行通信和交互。目前，P2P網(wǎng)絡(luò)在科學(xué)研究、電子商務(wù)、電子政務(wù)和軍事應(yīng)用等重要領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和綜合利用，P2P網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)需要對(duì)符合要求的資源進(jìn)行搜索，資源搜索是P2P網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
根據(jù)資源組織模式，P2P網(wǎng)絡(luò)通?？煞譃閮煞N結(jié)構(gòu)化(Structured)P2P網(wǎng)絡(luò)和非結(jié)構(gòu)化(Unstructured)P2P網(wǎng)絡(luò)。非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)由于其簡(jiǎn)單性和易用性，目前在Internet上得到了大量應(yīng)用。本發(fā)明針對(duì)非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索技術(shù)。
最初的非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)資源搜索技術(shù)(如泛洪、隨機(jī)漫步等)屬于“盲搜索”(blind search)方法，每一步的搜索方向具有很大的盲目性，導(dǎo)致當(dāng)資源請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)距離資源共享節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，無(wú)法迅速搜索到所需資源。因此，目前的資源搜索方法通常由各節(jié)點(diǎn)預(yù)先對(duì)資源信息進(jìn)行發(fā)布、傳播和維護(hù)，在資源搜索過(guò)程中，資源搜索消息根據(jù)中間節(jié)點(diǎn)所維護(hù)的信息來(lái)選擇轉(zhuǎn)發(fā)的方向，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)資源。
目前非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索問(wèn)題可以抽象為如何將大規(guī)模的資源信息進(jìn)行發(fā)布和維護(hù)，以及如何在資源搜索過(guò)程中利用上述資源信息迅速發(fā)現(xiàn)資源。
在非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中，在各節(jié)點(diǎn)之間并沒(méi)有類(lèi)似于DHT的P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，發(fā)布和維護(hù)資源信息需要消耗大量的存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬。因此，目前通常基于Bloom Filter(BF)技術(shù)，使用一個(gè)位向量通過(guò)較小的存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)來(lái)概率地表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有元素。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)“鄰居表”，保存相關(guān)鄰居節(jié)點(diǎn)的BF信息。在資源定位時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其“鄰居表”將資源定位消息轉(zhuǎn)發(fā)到最接近目標(biāo)資源的鄰居節(jié)點(diǎn)上，直到最終到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
評(píng)價(jià)資源搜索方法性能的重要參數(shù)包括搜索延遲、搜索開(kāi)銷(xiāo)和維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)等。搜索延遲是指為滿(mǎn)足一次資源搜索請(qǐng)求，搜索消息在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)的邏輯跳步數(shù)；搜索開(kāi)銷(xiāo)是指為滿(mǎn)足一次資源搜索請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的搜索消息總數(shù)；維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)本節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)資源信息所需的存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)。為取得良好的實(shí)用性能，資源搜索方法應(yīng)該兼顧多個(gè)方面的特性。但這幾個(gè)性能特性之間存在沖突，給P2P網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中資源信息的維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)較小時(shí)，搜索延遲和搜索開(kāi)銷(xiāo)較大的難題，提出了一種在資源信息維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)受限的條件下，具有低搜索延遲和低搜索開(kāi)銷(xiāo)的資源搜索方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為在資源信息的發(fā)布和維護(hù)過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同鄰居節(jié)點(diǎn)的要求對(duì)收到的BF信息在丟棄一定比例后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并保存在鄰居BF表中；在資源搜索過(guò)程中，各中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)資源與鄰居BF表表項(xiàng)的相似度，并根據(jù)BF信息的分布情況，進(jìn)行多個(gè)消息之間相互協(xié)同的并行搜索。具體包括(1)鄰居BF表每個(gè)度數(shù)為d的節(jié)點(diǎn)維護(hù)了一個(gè)d行c列的鄰居BF表T，表中每一個(gè)表項(xiàng)是一個(gè)Bloom Filter向量。表項(xiàng)Tij(1≤i≤d，1≤j＜c)維護(hù)了通過(guò)第i個(gè)鄰居且從信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)j步到達(dá)本節(jié)點(diǎn)的資源信息；表項(xiàng)Tic(1≤i≤d)則維護(hù)了通過(guò)第i個(gè)鄰居且從信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)c步或c步以上到達(dá)本節(jié)點(diǎn)的資源信息。
(2)資源信息的發(fā)布和維護(hù)信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)使用BF表示本地資源信息并發(fā)布。在資源信息的發(fā)布與傳播過(guò)程中，中間節(jié)點(diǎn)收到BF信息后，按照各鄰居節(jié)點(diǎn)的要求對(duì)信息進(jìn)行丟棄后傳播。
(3)相似度設(shè)資源x對(duì)應(yīng)的Bloom Filter位向量為U，鄰居BF表中TN，jA表項(xiàng)的Bloom Filter向量為V，使用Like(x，TN，jA)表示資源x與TN，jA表項(xiàng)的相似度Like(x,TN,jA)=Σi=1m(U[i]*V[i])/Σi=1mU[i].]]>(4)資源搜索資源請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)出k個(gè)資源搜索消息，在各中間節(jié)點(diǎn)，搜索消息根據(jù)相似度動(dòng)態(tài)選擇下一步的搜索方向(到達(dá)目標(biāo)資源的概率最大的鄰居節(jié)點(diǎn))。而且，搜索消息之間周期性進(jìn)行通信以獲得資源信息的分布情況，根據(jù)資源信息的分布情況動(dòng)態(tài)地加強(qiáng)某些方向的搜索強(qiáng)度(發(fā)出多個(gè)搜索消息)，同時(shí)通過(guò)減小其他搜索消息的數(shù)量來(lái)控制總的資源定位開(kāi)銷(xiāo)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明允許各節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)通告本節(jié)點(diǎn)所希望的丟棄比例。在資源信息的發(fā)布與傳播過(guò)程中，中間節(jié)點(diǎn)分別按照各鄰居節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的丟棄比例對(duì)信息進(jìn)行丟棄并傳播，更好地適應(yīng)了大規(guī)模P2P系統(tǒng)的異構(gòu)、自治特點(diǎn)。
2.本發(fā)明創(chuàng)造性地提出各搜索消息之間進(jìn)行聯(lián)系，交換各自以獲得的部分資源信息，從而大大降低了在距離資源共享節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)的搜索錯(cuò)誤概率，也就是提高了資源信息的有效傳播距離。容易證明，本發(fā)明中資源信息的有效傳播距離可達(dá)6至7步。
3.本發(fā)明以較低的維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)代價(jià)實(shí)現(xiàn)了高性能搜索。容易證明，在維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)和搜索開(kāi)銷(xiāo)基本相同的情況下，與現(xiàn)有搜索方法比較，本發(fā)明的搜索延遲降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
綜合上述幾個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在資源信息維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)受限的條件下具有低搜索延遲和低搜索開(kāi)銷(xiāo)的資源搜索方法。
具體實(shí)施例方式
在本方法中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A增加了新的資源時(shí)，它首先檢查本節(jié)點(diǎn)資源集合的Bloom Filter值。如果沒(méi)有發(fā)生變化，則不需任何更新過(guò)程；否則節(jié)點(diǎn)A通過(guò)比較新舊BF值的差異(按位異或)，然后把該差異發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn)B。節(jié)點(diǎn)B根據(jù)收到的更新消息更新本節(jié)點(diǎn)鄰居信息表中對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)A的表項(xiàng)，并且把更新信息轉(zhuǎn)發(fā)給除節(jié)點(diǎn)A之外的其他鄰居節(jié)點(diǎn)。其他鄰居節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)程與節(jié)點(diǎn)B類(lèi)似。當(dāng)有一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)F加入并成為節(jié)點(diǎn)D的鄰居時(shí)可以被看作上述過(guò)程的特例，此時(shí)的差異即是節(jié)點(diǎn)F全部資源集合的Bloom Filter值。為了降低資源信息傳播過(guò)程中的通信開(kāi)銷(xiāo)，實(shí)際系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)并不是從某鄰居節(jié)點(diǎn)收到更新消息時(shí)立刻傳播給其他鄰居節(jié)點(diǎn)，而是以批處理方式進(jìn)行周期性傳播。
在本方法中，資源搜索消息的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程如下。在中問(wèn)節(jié)點(diǎn)A，首先計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)鄰居信息表中各Bloom Filter向量與目標(biāo)資源的相似度并得到局部最大相似度。如果局部最大相似度大于已知的全局最大相似度，則通告給資源請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而通過(guò)比較各局部最大相似度，獲得當(dāng)前的全局最大相似度。在中間節(jié)點(diǎn)A向如下3類(lèi)鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)資源搜索消息1)向非0局部最大相似度所對(duì)應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)資源搜索消息；2)向所有相似度大于或等于某閾值的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)資源搜索消息，該閾值等于全局最大相似度乘以容錯(cuò)因子α(α≤1)；3)首先計(jì)算出局部最大相似度對(duì)應(yīng)的向量所在的列號(hào)jmax，然后向所有滿(mǎn)足Like(x,TN,jA)>0,(1≤j<jmax)]]>的鄰居節(jié)點(diǎn)N轉(zhuǎn)發(fā)資源搜索消息。
為了進(jìn)一步提高資源定位性能，在查找資源x的最初階段，如果在經(jīng)過(guò)連續(xù)NH步搜索之后所有消息都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何目標(biāo)資源的共享信息，那么每個(gè)消息都將在第NH+1步派出NT個(gè)子消息以加強(qiáng)全局搜索。當(dāng)全局最大相似度大于停止大規(guī)模搜索的相似度閾值時(shí)，將中止所有未發(fā)現(xiàn)任何信息的消息的搜索。
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索方法，其特征在于在資源信息的發(fā)布和維護(hù)過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同鄰居節(jié)點(diǎn)的要求對(duì)收到的BF信息在丟棄一定比例后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并保存在鄰居BF表中；在資源搜索過(guò)程中，各中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)資源與鄰居BF表表項(xiàng)的相似度，并根據(jù)BF信息的分布情況，進(jìn)行多個(gè)消息之間相互協(xié)同的并行搜索，具體包括(1)鄰居BF表每個(gè)度數(shù)為d的節(jié)點(diǎn)維護(hù)了一個(gè)d行c列的鄰居BF表T，表中每一個(gè)表項(xiàng)是一個(gè)Bloom Filter向量，表項(xiàng)Tij(1≤i≤d，1≤j＜c)維護(hù)了通過(guò)第i個(gè)鄰居且從信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)j步到達(dá)本節(jié)點(diǎn)的資源信息；表項(xiàng)Tic(1≤i≤d)則維護(hù)了通過(guò)第i個(gè)鄰居且從信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)c步或c步以上到達(dá)本節(jié)點(diǎn)的資源信息；(2)資源信息的發(fā)布和維護(hù)信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)使用BF表示本地資源信息并發(fā)布，在資源信息的發(fā)布與傳播過(guò)程中，中間節(jié)點(diǎn)收到BF信息后，按照各鄰居節(jié)點(diǎn)的要求對(duì)信息進(jìn)行丟棄后傳播；(3)相似度設(shè)資源x對(duì)應(yīng)的Bloom Filter位向量為U，鄰居BF表中TN，jA表項(xiàng)的Bloom Filter向量為V，使用Like(x，TN，jA)表示資源x與TN，jA表項(xiàng)的相似度Like(x,TN,jA)=Σi=1m(u[i]*V[i])/Σi=1mU[i];]]>(4)資源搜索資源請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)出k個(gè)資源搜索消息，在各中間節(jié)點(diǎn)，搜索消息根據(jù)相似度動(dòng)態(tài)選擇下一步的搜索方向，而且，搜索消息之間周期性進(jìn)行通信以獲得資源信息的分布情況，根據(jù)資源信息的分布情況動(dòng)態(tài)地加強(qiáng)某些方向的搜索強(qiáng)度，同時(shí)通過(guò)減小其他搜索消息的數(shù)量來(lái)控制總的資源定位開(kāi)銷(xiāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索方法。該方法為在資源信息的發(fā)布和維護(hù)過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同鄰居節(jié)點(diǎn)的要求對(duì)收到的BF信息在丟棄一定比例后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并保存在鄰居BF表中；在資源搜索過(guò)程中，各中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)資源與鄰居BF表表項(xiàng)的相似度，并根據(jù)BF信息的分布情況，進(jìn)行多個(gè)消息之間相互協(xié)同的并行搜索。
文檔編號(hào)G06F17/30GK101087305SQ20071003530
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者張一鳴, 盧錫城, 李東升, 劉鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)