移动P2P网络拓扑构造策略范文

《计算机应用研究杂志》2015年第五期

1基于网格坐标自治域的移动P2P覆盖网拓扑构造

1.1分层虚拟网格坐标自治域的建立定义1：虚拟网格坐标自治域是一个逻辑的二维笛卡尔坐标空间，x轴和y轴将该平面划分成4个象限，以x轴的右半轴开始沿逆时针方向分别将四个象限命名为1、2、3和4象限。定义2：分层虚拟网格坐标自治域是虚拟网格坐标自治域的扩展，将每个象限继续划分为4个子象限，以此类推，逐层划分，就形成了分层虚拟网格坐标自治域。

1.2构建基于网格坐标自治域的覆盖网考虑到无基础设施支持的MANET网络中，移动节点通常没有固定的IP地址，无法使用基于IP地址前缀的方法来构建拓扑匹配的覆盖网，因此，本文将采用更为通用的通信时延作为距离的度量单位，构建具有物理位置感知的移动P2P覆盖网络，能够有效避免因拓扑不一致而产生的绕路现象，从而降低用户访问时延，提高网络工作效率。

1.3节点移动性处理为了减少节点移动所带来的扰动，当节点在单位网格坐标自治域内小范围移动时，对节点的相关信息可以不做修改，只有当节点移出所属的单位网格坐标自治域时，才更新节点信息，并分配其新的虚拟坐标，这样可以大幅度减少拓扑维护信息，降低网络开销，节省宝贵的无线带宽资源。更进一步，考虑到那些位于网格自治域边缘的节点，随着节点移动，会出现节点在不同网格自治域间来回切换的情况，如果频繁更新信息，会造成网络开销过大。为了解决这一问题，本文引入一个阈值区域，如图2中灰色地带所示，假设位于112Z网格自治域的节点要离开112Z进入到阈值区域（a点），随着节点移动，即使节点已经移动到113Z网格自治域时（b点），但是并不对该节点进行信息更新，直到节点离开阈值区域（c点），再更新节点的位置信息。通过引入阈值区域，能够有效减少节点移动性扰动所带来的通信维护开销。

1.4索引节点的选取在每个单位网格坐标自治域内选出一个索引节点(索引节点选取方法由文献[9]给出)，然后在上一级网格坐标自治域内重新选出索引节点，直至第0级。当新节点加入网络时，要将其所共享的资源信息列表发送给其所在的网格自治域的索引节点，即单位网格自治域内的索引节点是需要存储其域内所有节点的资源索引信息、节点标识、区域标识等。考虑到更高一级的索引节点如果维护其域内全部资源和节点的信息，会导致索引节点维护信息量过大，因此，我们规定，较高一级的节点只维护粗略的信息，这里引入一个布尔变量，标识该区域是否有该资源，这样可以大大降低高级的索引节点信息维护量。考虑到系统容错性和健壮性，同时选取一个备份索引节点。当索引节点失效时，可以利用备份索引节点进行资源搜索。

2资源查找策略(RSHIN)

下面，针对文中提出的网格坐标自治域结构，提出基于分层索引节点的资源查找策略RSHIN(ResourceSearchingStrategybasedonhierarchicalIndexNode).(1)当节点S需要查找某一资源R时，S首先向其自身所在的单位网格坐标自治域索引节点I发出资源查寻请求。如果索引节点I保存有存储资源R的源节点D的信息，则索引节点I将节点D的标识信息发送给S，S与D建立连接；否则转（2）。(2)如果索引节点I没有关于资源R的相关索引信息，则将查询请求转发给上一级索引节点，若仍然没有则再往上一级索引节点进行查询，逐级往上直至查询到顶级索引节点为止。若某一级索引节点存有资源R的信息，则转(3)。若均没有，则本次查找失败。(3)如果某一级索引节点存有资源R(表示该资源的布尔值为l)的信息，则该索引节点向其子区域的索引节点发出查询，逐级往下直至找到拥有该资源的详细索引信息的单位自治域内的索引节点为止，然后按着逆向步骤，则该级索引节点将节点D的标识信息发送给S，S与D建立连接。最终完成移动P2P网络资源查找与共享。

3仿真实验与结果分析

为了验证本文所提出的资源查找策略RSHIN的有效性，我们采用NS-2作为仿真实验平台，进行了仿真实验。实验场景参数设置：节点随机分布在4000m4000m的区域内，节点移动速度为0-10m/s，节点通信半径为200m。移动节点个数在120-600之间，节点移动模型符合随机路点模型[10]，假设节点停留时间为10s。无线通信带宽为2Mbps，MAC层采用802.11协议。假设每个节点拥有10个共享资源，资源大小为512字节，发送速率为300kbps，发送节点和接收节点随机产生，每秒产生10个节点。文献[11]提出的CAR资源查找策略采用了基于地理位置信息的哈希索引结构，为了评价本文提出的查找策略，将RSHIN与CAR策略进行仿真实验，并对结果做出分析。首先考察不同节点密度对资源查找平均路径长度的影响。资源查找路径长度可以用跳数来度量。让移动节点个数从120-600之间，每隔60取一个值，仿真实验结果如图3所示。可以看出，随着节点数量的增加，RSHIN查找策略的平均查找路径长度明显小于CAR的查找策略，主要是由于RSHIN采用层级递进的查询策略，并根据节点的坐标与网格坐标自治域信息，可以快速定位到资源节点的位置，因此提高了资源查找效率。接下来考察不同节点密度对资源查找成功率的影响。如图4所示，随着节点数量不断增加，两种算法的查找成功率都有所提升，但本文所提出的RSHIN查找策略要优于CAR算法。本文通过采取后备索引节点，当含有资源的叶子节点对应的资源节点失效时，资源查询信息快速地通过其域内的后备索引节点找到目的节点，从而可以有效降低索引节点失效而导致的性能下降，并且大大提高了资源查找成功率。

4结束语

本文提出了一种具有拓扑匹配的网格坐标自治域结构，充分考虑了物理网络中节点之间的位置关系，将物理临近的节点划分到相同或者相邻的单位网格坐标自治域内，即保证物理邻近的节点在覆盖网上也邻近，从而可以有效减少由于拓扑不匹配而产生的网络性能下降等问题。考虑到节点移动扰动，引入阈值区域，可以有效降低网络维护开销。针对该拓扑结构，提出基于索引节点的资源查找策略RSHIN。仿真实验结果表明，该资源查找策略可以有效提升网络查找效率，降低数据访问延迟，提高了网络可用性及可扩展性。下一步工作中将主要研究如何进一步减少信息的冗余与节点能量的消耗问题。

作者：周欣欣 高越 宋人杰 余镇危 单位：东北电力大学，信息工程学院 中国矿业大学 机电与信息工程学院