分布式P2P仿真技术研究与实现

论文摘要

对等计算（P2P:Peer-to-Peer）是目前信息技术领域的热点问题之一,吸引了工业界和学术界的共同关注。然而,P2P网络结构复杂、规模大和动态性强等特点,使得针对P2P的研究和开发成果难以找到合适的网络环境加以验证。为此,必须借助于具有一定仿真规模的P2P仿真系统,来开展各项研究工作。现有P2P仿真系统最大的不足在于仿真规模小和仿真真实度差,为了解决这两方面的问题,本文基于分布式仿真思想,开展了大规模P2P仿真技术的研究工作。本文首先全面深入地综述了P2P仿真技术的相关研究工作,介绍了分布式P2P仿真系统的设计原则和拟解决的关键技术,设计了分布式P2P仿真网络环境。在此基础上,提出了双引擎分布式P2P仿真系统（DEDPS:Double Engines basedDistributed P2P Simulator）体系结构和基于度序列和广度优先搜索的网络拓扑k划分算法（DBPA:Degree-sequence and Bandwidth-first based Partition Algorithm）。双引擎分布式P2P仿真系统体系结构包括节点仿真引擎和网络仿真引擎。节点仿真引擎主要负责本地仿真节点的运行控制,而网络仿真引擎主要负责仿真信息交互相关操作。在这种体系结构下,仿真系统的仿真运行结构和通用支撑结构被隔离开,使仿真系统具有良好的可扩展性。同时,节点仿真引擎能够利用仿真应用计算机支持一定规模的P2P仿真,再利用网络仿真引擎对其进行扩展,使仿真信息能够以网络数据包的形式发送到其他仿真应用计算机或外界真实P2P应用,不仅能够扩大仿真规模,而且能够提高仿真的真实度。此外,本文还对节点仿真引擎和网络仿真引擎中涉及到的关键技术进行了研究和分析,提出了相关标准和相应的技术解决方案。DBPA算法主要适用于TFSL（Topology First,Simulation Last）仿真运行方式下的分布式P2P仿真系统负载均衡。本文通过大量的实验,研究分析了采用该算法对服从随机分布和幂率分布的网络拓扑的划分效果。通过对负载平衡度λ、边切割平衡度β、边切割率γ和时间复杂度的实验分析,以及与其他划算算法的比较分析,验证了该算法的性能、效率以及可行性等。最后,本文根据所提出的双引擎分布式P2P仿真系统体系结构以及相关关键技术的解决方案,具体设计并实现了一个双引擎分布式P2P仿真系统。通过对Gnutella协议的仿真设计与实验,从仿真规模和仿真真实度两个方面对双引擎分布式P2P仿真系统进行了测试。测试结果表明,本文所提出的双引擎分布式P2P仿真系统具有仿真规模大、真实度高等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 P2P相关介绍
• 1.1.2 P2P的迅速发展
• 1.1.3 P2P研究面临的困难
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 P2P仿真技术相关研究
• 2.1 系统仿真简介
• 2.1.1 模拟与仿真
• 2.1.2 系统仿真的定义
• 2.1.3 系统仿真基本框架
• 2.1.4 系统仿真的工作流程
• 2.1.5 系统仿真的分类
• 2.2 网络仿真简介
• 2.2.1 网络仿真定义
• 2.2.2 网络仿真系统
• 2.3 P2P仿真简介
• 2.3.1 P2P仿真定义
• 2.3.2 P2P仿真系统
• 2.3.3 P2P仿真系统分类
• 2.3.4 P2P仿真系统评估标准
• 2.4 现有P2P仿真系统特点及比较
• 2.5 现有P2P仿真系统存在的不足
• 2.6 小结
• 第三章 分布式P2P仿真系统体系结构研究
• 3.1 引言
• 3.2 分布式P2P仿真系统相关介绍
• 3.2.2 分布式P2P仿真系统设计原则
• 3.2.3 分布式P2P仿真系统拟解决的关键技术
• 3.3 分布式P2P仿真网络环境
• 3.4 双引擎分布式P2P仿真系统体系结构
• 3.4.1 相关基本概念
• 3.4.2 双引擎分布式P2P仿真系统体系结构设计
• 3.4.3 双引擎分布式P2P仿真系统双引擎交互
• 3.5 双引擎分布式P2P仿真系统体系结构关键技术
• 3.5.1 节点仿真引擎关键技术
• 3.5.1.1 网络拓扑管理
• 3.5.1.2 仿真节点调度
• 3.5.1.3 仿真协议执行
• 3.5.2 网络仿真引擎关键技术
• 3.5.2.1 仿真消息格式
• 3.5.2.2 网络连接管理
• 3.5.2.3 仿真信息交互
• 3.5.2.4 仿真消息队列管理
• 3.5.3 双引擎协作运行关键技术
• 3.5.3.1 仿真消息创建与发送
• 3.5.3.2 仿真消息接收与处理
• 3.6 小结
• 第四章 分布式P2P仿真系统负载均衡算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 网络拓扑k划分相关介绍
• 4.2.1 网络拓扑k划分定义
• 4.2.2 图划分算法相关介绍
• 4.3 基于度序列和广度优先搜索的网络拓扑k划分算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 算法实例
• 4.3.3 算法分析
• 4.4 实验分析
• 4.4.1 评估指标
• 4.4.2 实验环境及参数设计
• 4.4.3 实验结果及分析
• 4.4.3.1 负载平衡度与边切割平衡度实验分析
• 4.4.3.2 划分子集大小与边切割大小实验分析
• 4.4.3.3 边切割率实验分析
• 4.4.3.4 划分稳定性实验分析
• 4.4.3.5 时间复杂度实验分析
• 4.4.3.6 划分算法比较实验分析
• 4.5 小结
• 第五章 双引擎分布式P2P仿真系统设计与实现
• 5.1 双引擎分布式P2P仿真系统需求概述
• 5.2 双引擎分布式P2P仿真系统功能结构
• 5.2.1 仿真管理计算机功能结构
• 5.2.2 仿真应用计算机功能结构
• 5.3 双引擎分布式P2P仿真系统功能设计与实现
• 5.3.1 仿真运行管理
• 5.3.1.1 仿真成员管理
• 5.3.1.2 仿真成员加入
• 5.3.1.3 仿真时间同步
• 5.3.1.4 仿真任务运行
• 5.3.2 仿真配置管理
• 5.3.2.1 仿真任务规划
• 5.3.2.2 仿真任务分配
• 5.3.2.3 仿真运行初始化
• 5.3.3 网络拓扑管理
• 5.3.3.1 全局网络拓扑构建
• 5.3.3.2 网络拓扑划分
• 5.3.3.3 子网拓扑构建
• 5.3.4 信息交互管理
• 5.3.4.1 原始协议数据单元
• 5.3.4.2 仿真信息交互
• 5.3.5 仿真数据统计
• 5.4 双引擎分布式P2P仿真系统测试
• 5.4.1 Gnutella协议简介
• 5.4.2 Gnutella协议仿真设计与实验
• 5.4.2.1 仿真消息设计
• 5.4.2.2 相关数据结构设计
• 5.4.2.3 仿真协议设计
• 5.4.2.4 Gnutella协议仿真实验
• 5.4.3 双引擎分布式P2P仿真系统仿真规模测试
• 5.4.4 双引擎分布式P2P仿真系统仿真真实度测试
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果