基于P2P和云计算的动态内容管理研究

论文摘要

随着网络技术的发展和软硬件技术的提升,一方面,部分用户的终端设备能力越来越强大,足以参与网络的构建和维护,分担服务器的工作,增强网络的可扩展性,降低服务提供商的成本,从而推动了P2P网络等分布式网络的产生和发展。另一方面,新型终端设备也在不断涌入网络,比如手机、PDA等,这些设备自身资源有限,所有的工作都需要依赖于服务器来实现,从而促进了云计算的出现和发展。但这两者的发展并不是独立的,由于网络本身的异质性,我们可以根据终端设备的处理能力,赋予不同能力的终端不同的职责,让它们在网络中扮演不同的角色。这也正是未来网络发展的新思路和新方向之一。但让用户参与网络的构建和维护会引入新的问题。由于网络中存在着的大量的节点和资源,如何对网络中的海量内容进行有效的管理,建立合理的拓扑结构和相关协议,实现有效地资源定位和更新发布等功能,是动态内容管理网络研究中的核心问题。操作的实时性,数据的一致性,系统的鲁棒性和负载均衡能力是大规模分布式动态内容管理网络设计的基本要求,但网络中节点本身的异质性和不可靠性却成为实现这些要求的障碍。为了满足上述要求,本文以网络拓扑设计为核心,以资源发现和更新发布协议设计为主要研究内容,采用追求实时性和一致性的整体思路,同时充分考虑参与节点和用户需求动态变化对网络拓扑和协议性能的影响,不断提高系统的鲁棒性和负载均衡能力,以满足动态内容管理网络设计的需求。本文主要从下面三个方面展开工作:1.通过以大规模多人在线游戏作为研究动态内容管理网络的具体实例,本文提出了一种基于P2P的大规模多人在线游戏通信平台——基于区域结构的负载均衡的Slide模型。该模型采用普通节点相互协助,超级节点辅助的方式进行逐步式的资源发现;采用普通节点之间直接传递更新信息的方式进行更新发布;并提出了基于乐观同步的一致性检测机制。理论分析和实验结果表明,Slide可以在保证资源发现和更新发布实时性的基础上,保证数据的一致性,并具有良好的负载均衡能力和鲁棒性。我们还使用Slide作为基础的通信平台构建了一个实际的多人在线游戏,从而验证了Slide模型本身的实用性。2.通过将上述具体应用背景放大扩展,本文研究了基于P2P网络的动态内容管理问题,并通过下面三个方面进行了逐步深入的研究。为了提供良好的动态内容管理网络,本文通过使用双层结构将资源发现和更新发布两者有效结合,提出了稳定的内容分布网络SCDN。该模型提出了基于需求的资源发现机制,混合Push/Pull的更新发布机制,以及节点加入离开的相关处理协议以及节点类型的管理协议。本文使用Markov链对SCDN进行了理论分析,并通过仿真实验进一步证明了SCDN网络可以提供实时的动态内容管理,同时保证数据的一致性和系统的鲁棒性。本文在SCDN的基础上利用节点需求的时空局限性进一步发掘节点之间的聚类关系,提出了内容节点双向聚类模型。该模型通过构建关联列表实现聚类,并提出了二元查询机制。仿真实验证明通过使用二元查询,该模型可以获得更优的查询性能,特别是提高了关联内容的查询速度,且查询所需的通信量和存储空间也相对较小。为了深入分析SCDN和内容节点双向聚类模型可以加速查询的原因,本文引入了小世界理论对资源发现过程进行理论抽象,分析了不同远程连接构建方式对查询性能的影响。结果表明,基于历史信息构建的远程连接在实际网络环境下具有最优的查询性能,且具有较高的鲁棒性,成本也最低;而理论上最优的远程连接构建方式在实际应用中未必能获得最优的查询性能。3.针对当前网络终端的多样化和云计算的出现,本文提出了一个P2P和云计算相结合的低成本的动态内容管理网络PA-Cloud。该模型在服务提供商提供的稳定核心云外层构建了由用户节点构成的扩展云,主要使用扩展云进行低成本的动态内容管理从而降低了核心云的负载,使得核心云可以专注于提供稳定的存储和备份。该模型提出了基于需求的副本布局,低成本的内容更新机制,自适应的复制节点管理机制。仿真实验结果表明PA-Cloud可以在没有明显增加用户端负载的前提下实现负载转嫁,显著降低服务提供商的云端成本,并增强了系统的可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 P2P 系统概述
• 1.1.1 P2P 网络的概念
• 1.1.2 P2P 网络的发展历史
• 1.1.3 P2P 网络中的内容管理
• 1.2 云计算概述
• 1.2.1 云计算产生背景
• 1.2.2 云计算概念
• 1.2.3 云计算的分类和应用
• 1.2.4 云计算的发展和挑战
• 1.3 P2P 网络和云计算的结合
• 1.4 本文的主要研究内容和创新之处
• 1.5 论文组织与章节安排
• 第二章 基于 P2P 的大规模多人在线游戏通信平台
• 2.1 基于 P2P 的大规模多人在线游戏概述
• 2.1.1 大规模多人在线游戏概述
• 2.1.2 基于P2P 的MMOG 研究现状
• 2.1.3 基于P2P 的MMOG 所面临的问题
• 2.2 基于 P2P 的 MMOG 模型——Slide
• 2.2.1 Slide 的网络拓扑结构
• 2.2.2 逐步式的资源发现机制
• 2.2.3 直接传递的更新发布机制
• 2.2.4 基于乐观同步的一致性检测机制
• 2.3 理论分析
• 2.3.1 计算量分析
• 2.3.2 通信量分析
• 2.4 实验和分析
• 2.4.1 初始值下Slide 和SimMud 的通信量对比
• 2.4.2 区域中平均人数的影响
• 2.4.3 出错率的影响
• 2.4.4 区域形状大小的影响
• 2.4.5 玩家移动速率的影响
• 2.4.6 玩家战斗或进食速率的影响
• 2.4.7 玩家加入离开游戏速率的影响
• 2.4.8 结果分析
• 2.5 基于 Slide 的实际游戏系统介绍
• 2.6 本章小结
• 第三章 P2P 网络中的动态内容管理
• 3.1 P2P 网络中的动态内容管理概述
• 3.1.1 P2P 网络中的内容管理
• 3.1.2 P2P 网络中资源发现的研究现状
• 3.1.3 P2P 网络中更新发布的研究现状
• 3.2 P2P 网络中的动态内容管理模型——SCDN
• 3.2.1 SCDN 的双层结构
• 3.2.2 基于需求的资源发现
• 3.2.3 混合Push/Pull 的更新发布
• 3.2.4 节点加入离开处理机制
• 3.2.5 CRP 和IRP 管理机制
• 3.2.6 理论分析
• 3.2.7 实验和分析
• 3.2.8 分析和讨论
• 3.3 P2P 网络中的内容节点双向聚类模型
• 3.3.1 基于聚类信息进行资源发现的P2P 网络研究现状
• 3.3.2 内容节点双向聚类模型的拓扑结构
• 3.3.3 内容节点双向聚类模型的资源发现机制
• 3.3.4 内容节点双向聚类模型的关联列表管理机制
• 3.3.5 实验和分析
• 3.3.6 分析和讨论
• 3.4 基于小世界理论的资源发现
• 3.4.1 小世界理论概述
• 3.4.2 基于小世界理论的P2P 网络中资源发现的研究现状
• 3.4.3 不同远程连接构建方式对资源发现性能的影响
• 3.4.4 实验和分析
• 3.4.5 远程连接个数的选取
• 3.5 本章小结
• 第四章 P2P 和云计算相结合的动态内容管理
• 4.1 P2P 和云计算相结合的动态内容管理概述
• 4.1.1 P2P 和云计算相结合的动态内容管理研究的必要性
• 4.1.2 P2P 和云计算相结合的动态内容管理研究现状
• 4.1.3 P2P 和云计算相结合的动态内容管理面临的问题
• 4.2 P2P 和云计算相结合的动态内容管理网络——PA-Cloud
• 4.2.1 PA-Cloud 的基础拓扑结构
• 4.2.2 基于需求的副本布局
• 4.2.3 低成本的内容更新机制
• 4.2.4 自适应的复制节点管理机制
• 4.3 实验和分析
• 4.3.1 文件规模的影响
• 4.3.2 网络规模的影响
• 4.3.3 网络中节点失效率的影响
• 4.3.4 节点查询频率的影响
• 4.3.5 热点问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文和取得的其他研究成果