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自2000年以来,对等计算迅速成为计算机工业界和学术界关注的热点。对等计算中每个结点既作为服务器端提供服务,又作为客户端发出请求;结点之间实行直接对等交互;每个结点可以自主的随时加入或离开系统,形成一个真正的动态网络环境。对等计算摆脱了C/S访问控制模式的束缚,具有可扩展、自适应、自组织、负载均衡、容错性强等特征。
本文以P2P系统中的数据组织和信息搜索为背景,对其中亟待解决的覆盖网络构造、路由策略、复制缓存等关键技术进行了研究,并取得了以下成果。
(1)给出了一种无结构P2P环境下自适应路由策略,PeerRank。PeerRank依据用户结点命中查询的历史信息赋予结点相应权值作为查询消息路由的依据,引导查询快速接近目标资源,并在查询消息经过结点建立查询源和查询数据的索引。由于每个结点命中查询后会在本地缓存,该索引将查询引导到最近访问过相同数据的结点,以更高的概率命中查询。
(2)以搜索成功率为目标,给出了副本数量分配优化方案。在无结构P2P系统中,根据数据访问频率的不同分配合适的副本数量将有助于提高系统的整体性能。而已有工作中没有建立副本数量和访问频率之间关系的精确描述。针对该问题,本文研究了影响搜索成功率的关键因素,给出了在存储空间受限条件确定数据副本数量分布的精确模型。我们的结论可以作为相关复制策略的衡量标准。
(3)本文研究发现,在Random WMks查询消息转发模式下,一个结点收到的查询消息数量与该结点度呈近似正比关系。因此,为热点数据分配更多的结点度可以提高搜索成功率。首先研究了在给定查询频率分布下结点度的最优分布,并给出了实现最佳度分布的主动复制方法。其次研究了在给定节点权重分布下,节点度的最优分布策略。本文工作对构造无结构P2P拓扑结构提供了理论依据。
(4)提出了基于小世界模型的搜索算法。小世界网络平均最短路径小,聚集系数大,为P2P环境下的数据搜索提供了有益启发。基于小世界P2P搜索的难点在于构造符合小世界特征的覆盖网络及基于网络特征的查询消息路由。首先提出了一种无结构P2P环境下的自适应搜索算法,SWAPS。SWAPS根据用户的访问历史抽取用户的兴趣属性,并遵循用户的访问行为模式,以自发的方式组织基于用户兴趣属性的小世界覆盖网络。分析了影响搜索性能的关键因素,针对小世界网络特点分别设计了基于兴趣度、基于本体距离和基于兴趣宽度等有效的查询消息转发策略。其次,提出一种基于小世界启发模型构造结构化P2P的方法,SWS。SWS引入多维语义树来组织结点。结点根据它们在语义树上的相对位置来计算语义距离,以此来确定互连概率,形成路由方向感。SWS可以降低拓扑维护代价,提高系统可用性。
最后对本文工作进行了总结,并探讨了P2P搜索研究的进一步工作。