网格环境中基于P2P的资源共享研究

论文摘要

网格和P2P计算是当前分布式计算领域的两个研究热点，两者采用的技术不同，但对于分布在网络中的硬件和软件资源进行共享和协同是两者的共同目标。近年来，在研究和应用领域，网格计算和P2P计算出现相互融合的趋势。针对网格和P2P研究领域存在的问题，Ian Foster指出，虽然网格的体系结构较为完善，但对于体系中单节点失效及其所带来的数据、服务失效等问题尚无完整的解决方案；而P2P对于节点动态变化有较好的适应性，却没有良好的系统模型[1]。能否将二者的优势进行融合并给出融合后系统中诸如服务失效，资源定位与查找等关键问题的解决方法是当前分布式计算领域研究的热点和难点。围绕该问题，本文对网格和P2P的融合问题进行了深入的理论和实践研究。研究中以大系统控制论[2]为指导，提出了基于P2P的Grid模型—GriP模型，该模型将二者的优点即良好的体系结构和健壮的节点故障恢复结合在一起；给出了解决网格中节点失效问题的P-SRing方法；在解决了GriP拓扑稳定性地基础上，提出了在资源管理系统（ResourceManagement System，RMS）中基于元数据的资源共享机制及高效资源发现算法。本文的主要内容与创新点包括：（1）提出了一种基于Grid与P2P相结合的集散式网络计算新模型GriP网格系统结构稳定，但系统不能有效地解决单节点失效问题，一旦某节点失效有可能导致整个系统的崩溃，P2P的最大优点是系统可以适应多个节点的动态变化，系统具有较好的灵活性和可扩展性。本文提出了一种将Grid和P2P相结合的系统模型—GriP，将网格技术和P2P技术有机地结合，既弥补了各节点组织不够灵活和节点不稳定的缺陷，又充分发挥了网格和P2P各自在节点控制方面的优点；模型中还提出了基于元数据的资源管理机制。该模型在融合了Grid和P2P各自优点的同时避免了两种模型本身固有的弊端。（2）提出了一种适应单点失效的双层混合型星环式网络拓扑结构P-SRing本文提出了一种“双层混合型”网络拓扑结构。其中，资源节点按照环状拓扑结构分布在低层，在高层中代理节点又与资源节点遵循星型网络的拓扑结构。在环状拓扑结构层中，每一个资源节点都以其邻节点作为其后继节点；某些节点发生故障时，通过本文给出的双层路由机制使整个系统具有更高的安全性与可靠性，当节点发生故障时，其后继节点会自动与相关节点进行连接，使网络能正常、平稳地运行。（3）提出了一种基于资源位置与用户兴趣的GriP节点定位快速算法在网格中进行资源查找分为两个步骤，资源节点快速定位和资源内容查找，针对资源节点的定位，本文提出了基于资源节点位置与节点反馈的资源搜索算法，利用位置信息对节点分群，保存历史查询的搜索反馈结果，计算邻居节点的预计搜索成功性，动态选择转发与实际位置相邻的节点以减少网络开销和发现资源的时间，通过计算邻居节点的兴趣相关度结合实际地理位置，提高了网络资源的搜索稳定性与查询效率。（4）提出了一种基于元数据与平衡树的GriP资源内容查找算法为了提高GriP系统中资源的查找效率，对于资源内容查找我们研究了用于标引资源的元数据的高效搜索算法，GriP中采用了基于XML的元数据标引方法，在此基础上提出了基于关键字的资源查找算法QBVT，对树的结构进行了改进，将父节点的信息增加到子节点中来，通过构建平衡树提高了基于资源内容的查询效率，降低了树的更新开销。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 术语说明清单
• 1 问题综述
• 1.1 网格计算
• 1.1.1 网格技术及其体系结构
• 1.1.2 网格技术面临的主要问题
• 1.2 P2P计算
• 1.2.1 P2P技术特点及主要应用
• 1.2.2 P2P体系结构
• 1.2.3 P2P技术面临的主要问题
• 1.3 Grid与P2P结合的应用价值
• 1.4 相关工作
• 1.4.1 国内外P2P研究现状
• 1.4.2 国内外Grid研究现状
• 1.5 P2P和Grid的集成研究
• 1.5.1 当前面临的问题
• 1.5.2 基于P2P的网格资源查找
• 1.6 本文的研究目标及创新点
• 1.7 论文的组织
• 2 基于P2P的网格计算模型—GriP
• 2.1 模型描述
• 2.2 GriP的资源管理模型
• 2.3 分层思想
• 2.4 各层对应的功能
• 2.4.1 Grid层
• 2.4.2 P2P层
• 2.5 该模型的优点
• 2.6 节点失效恢复
• 2.7 基于元数据的资源搜索技术
• 2.7.1 基于位置分群的节点搜索[70-71]
• 2.7.2 基于资源内容的搜索
• 2.8 安全认证
• 2.8.1 安全主机确认
• 2.8.2 网络通讯数据流的安全检查
• 2.8.3 用户身份认证
• 2.8.4 用户权限确认
• 2.8.5 服务申请
• 2.8.6 IPsec 安全策略和 SSL 的协议的实现
• 2.9 本章小结
• 3 基于P2P的Grid节点失效恢复
• 3.1 P-SRing的路由传输结构模型
• 3.1.1 P-SRing模型设计
• 3.1.2 P-SRing路由传输模型的结构设计
• 3.2 P-SRing的路由策略
• 3.2.1 构建代理节点索引表
• 3.2.2 分布式层次路由表
• 3.2.3 P-SRing的查询信息路由策略
• 3.3 路由表更新策略
• 3.3.1 分布式路由表更新
• 3.3.2 代理节点资源索引表的需求更新策略
• 3.4 仿真实验与结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 GriP 中基于资源位置的搜索算法
• 4.1 问题的提出
• 4.2 网络拓扑
• 4.3 节点管理
• 4.3.1 主要概念
• 4.3.2 节点的加入、退出
• 4.4 利用WSDL描述搜索服务
• 4.5 结合兴趣相关度的搜索算法
• 4.5.1 节点存储的内容
• 4.5.2 建立兴趣关联
• 4.5.3 兴趣关联算法
• 4.5.4 快捷兴趣表 IST
• 4.5.5 搜索方法
• 4.6 仿真试验
• 4.6.1 仿真方案设计
• 4.6.2 实验环境及实现
• 4.6.3 实验测试结果
• 4.7 本章小节
• 5 GriP中资源内容搜索研究
• 5.1 问题的提出
• 5.1.1 P2P搜索与传统搜索的比较
• 5.1.2 P2P网络的搜索技术
• 5.1.3 资源分类技术
• 5.2 数据模型及节点树
• 5.2.1 数据模型
• 5.2.2 节点树及其性质
• 5.3 节点树的构造及查询算法（QBVT）
• 5.3.1 节点树的平衡
• 5.3.2 节点树的构造方法
• 5.3.3 QBVT算法
• 5.4 实验及结论
• 5.4.1 词库的建立
• 5.4.2 随机数的生成方案
• 5.4.3 实验过程及结果
• 5.5 本章小结
• 6 论文总结和进一步工作
• 6.1 论文工作的总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢