基于对等网络的分布式构件库系统若干关键技术研究

论文摘要

基于构件的软件开发是一种重要的软件复用实践方法，它已经成为解决软件危机，提高软件生产效率和软件质量的一条切实可行的途径。在基于构件的软件开发方法中，构件库系统是一个至关重要的部分，扮演着极为关键的角色，是全面支持软件复用与基于构件的软件开发的重要基础设施。因此，构件库系统的研究和开发一直以来就是一项非常重要且有意义的工作，已得到学术界和产业界广泛的重视和关注，成为基于构件的软件开发相关领域的研究重点和热点。目前，传统的基于客户端／服务器（Client／Server，C／S）模式的构件库系统仍然是国内外学术界和产业界十分关注的研究重点。但是，随着软件复用与基于构件的软件开发实践的不断深入和发展，这种基于C／S模式的中心构件库越来越无法满足软件开发的需求。这是因为中心服务器的存储能力和效率毕竟是有限的，所能存储的软件构件的数量必然要受到限制，可是软件构件随着构件库应用的深入和推广却还在不断地增多；而且，当中心服务器访问量过大、负载过重时，服务器响应速度也必然大大地受到影响，开发人员获取、查询构件的效率必定降低，这也必将影响到构件库的推广和使用。针对传统的基于C／S模式的中心构件库所存在的问题，当前正被业界所重视的P2P（Peer-to-Peer，对等网络）技术可以发挥重要的作用。本文考虑到对等网络具有良好的技术特性和潜在优势，将对等网络前沿技术运用到构件库技术研究中，充分借鉴基于对等网络的文件共享系统领域中已取得的研究成果，提出利用P2P技术将网络中所有构件源节点互相连接组织起来，建设一个新型的基于对等网络的分布式构件库P2P-DCR（P2P-Based Distributed Component Repository）系统，并深入研究这种新型的构件库系统中若干个急需解决的关键技术问题。本文所进行的基于对等网络的构件库系统研究就对等网络前沿技术在构件库研究领域的应用进行了探索，是一次有意义的创新实践。本文的主要研究工作和创新成果可以总结概括为如下四个方面：第一，系统地阐述了P2P-DCR系统的体系结构和系统框架。本文通过总结基于对等网络的文件共享系统已有的研究成果，提出利用基于超级节点的网络架构作为P2P-DCR系统的体系结构，将网络中所有的构件源节点组织起来，从而形成一个规模庞大的分布式构件库系统；同时，本文还从构件查询引擎、构件索引目录结构和存储结构等方面详细论述了P2P-DCR系统框架；此外，本文还就P2P-DCR系统在实际运行中的动态演化行为作了详细的阐述。第二，系统地阐述了P2P-DCR系统的“泛播”式构件查找方案的机制和策略。本文根据P2P-DCR系统的基于超级节点的体系结构，首先详细论述了P2P-DCR系统中基本的“泛播”式构件查询路由机制；然后，在综合评析基本的“泛播”式查询路由机制局限性的基础上，提出一种改进的基于概率权值的查询消息转发策略的构件查询路由机制。第三，系统地阐述了如何在P2P-DCR系统中整合基于DHT的结构化构件查找技术，从而实现一种混合式的构件查找方案。本文针对P2P-DCR系统原有的“泛播”式构件查找方案在查找稀有构件的效率和质量上存在明显的弱处，提出了对P2P-DCR系统进行扩展，使其能够支持高效的混合式构件查找方案。这样，经过扩展后的P2P-DCR系统既继承了原有P2P-DCR系统的“泛播”式构件查找方案，又具有基于DHT的结构化构件查找方案，这样可以充分发挥不同构件查找方案的优势，弥补各自的劣势。第四，系统地阐述了P2P-DCR系统中构件查询访问控制的机制与策略，并提出一种基于信任的构件查询访问控制框架。本文在分析对等网络环境下的构件查询访问控制特点的基础上，通过对传统的访问控制模型进行拓展，提出一种基于信任的分布式构件查询访问控制框架。该框架将信任推荐模型及访问控制模式整合应用到基于对等网络的构件库系统中，力求为构件库用户提供良好的访问控制服务，而且尽量维持构件库系统的分布式结构。总之，本文提出并详细阐述了一种有别于传统C／S模式的基于对等网络的构件库P2P-DCR系统，着重于论述实现P2P-DCR系统的若干关键技术和模拟实验结果。本文的工作是建立在对相关理论和已有技术的详尽分析以及大量的实验测试结果之上的。实验结果表明，本文提出的基于对等网络的构件库技术不但能够支持大规模网络中构件的查找与共享，而且能高效地利用系统资源并有效地满足用户需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 课题立足点
• 1.1.2 研究现状
• 1.1.3 对等网络及其优势
• 1.2 研究目标与内容
• 1.3 理论意义与实际意义
• 1.4 本文的篇章结构
• 第二章 相关技术的研究进展
• 2.1 软件复用技术研究
• 2.2 软件构件技术研究
• 2.3 基于构件的软件开发
• 2.4 构件库技术研究
• 2.4.1 构件描述与分类
• 2.4.2 构件的验证与存储
• 2.4.3 构件的检索
• 2.4.4 访问控制机制
• 2.5 对等网络技术研究
• 2.5.1 对等网络的应用范围
• 2.5.1.1 协作型应用
• 2.5.1.2 计算资源共享型应用
• 2.5.2 基于对等网络的文件共享
• 2.5.2.1 集中式
• 2.5.2.2 分散式非结构化
• 2.5.2.3 分散式结构化
• 2.6 小结
• 第三章 体系结构与系统框架
• 3.1 引言
• 3.2 对等网络环境下的构件描述
• 3.2.1 基于XML的构件刻面描述
• 3.2.2 应用示例
• 3.3 基于超级节点的体系结构
• 3.4 系统框架
• 3.4.1 构件查询引擎
• 3.4.1.1 构件查询匹配模型
• 3.4.1.1.1 构件描述文档及其查询的树型表示
• 3.4.1.1.2 构件树路径包含匹配模型
• 3.4.1.2 模块及其功能
• 3.4.2 索引目录结构
• 3.4.3 存储结构
• 3.5 系统演化
• 3.5.1 系统初始化
• 3.5.2 新节点的加入
• 3.5.3 节点的退出
• 3.5.4 节点更新构件资源
• 3.5.5 系统动态自配置
• 3.6 小结
• 第四章 构件查询处理及其路由机制
• 4.1 引言
• 4.2 构件查询处理机制
• 4.3 基本的“泛播”式机制与策略
• 4.3.1 通信机制
• 4.3.2 基本的查询路由机制
• 4.3.3 基本的“泛播”式路由机制局限性分析
• 4.4 改进的“泛播”式查询路由机制与策略
• 4.4.1 随机步算法
• 4.4.2 概率权值的计算
• 4.4.3 基于概率权值的查询消息转发策略
• 4.4.4 改进的查询路由机制
• 4.5 模拟实验
• 4.5.1 实验环境
• 4.5.2 性能度量指标
• 4.5.3 结果与分析
• 4.5.3.1 查询命中率
• 4.5.3.2 查询响应时间
• 4.6 小结
• 第五章 高效的混合式构件查找方案
• 5.1 引言
• 5.2 基于DHT的结构化构件查找方案设计
• 5.2.1 DHT协议
• 5.2.2 构件的DHT存储
• 5.2.3 基于DHT的结构化构件查找
• 5.3 混合式的构件查找方案架构
• 5.3.1 架构设计的可行性分析
• 5.3.2 稀有构件的分辨
• 5.3.2.1 构件相似性分析
• 5.3.2.2 分辨模式
• 5.3.3 部署与实施
• 5.4 模拟实验
• 5.4.1 实验环境
• 5.4.2 性能度量指标
• 5.4.3 结果与分析
• 5.5 小结
• 第六章 构件查询访问控制框架
• 6.1 引言
• 6.2 访问控制概述
• 6.3 构件查询访问控制的特点
• 6.4 基于信任的构件查询访问控制
• 6.4.1 信任概念
• 6.4.2 基于信任的访问控制框架
• 6.4.2.1 节点认证
• 6.4.2.2 信任计算
• 6.4.2.3 访问控制决策
• 6.5 小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 参加的科研项目及发表的论文
• 参加的科研项目
• 发表的论文