基于P2P結構的廣域分布式存儲相關技術研究.pdf

1、P2P計算技術有別于傳統(tǒng)客戶/服務器服務模式，具有極強的魯棒性和可擴展性。在互聯(lián)網信息爆炸的今天，利用P2P技術來構建海量數(shù)據(jù)分布式存儲系統(tǒng)成為最有效的存儲組織模式之一。P2P計算環(huán)境中的拓撲一致性、節(jié)點動態(tài)性、異構性和自治性等問題是構建分布式存儲系統(tǒng)面臨的關鍵問題和難點。以利用Internet上個人計算機的空閑計算資源、存儲資源和網絡資源構建一個面向海量用戶的海量分布式存儲系統(tǒng)為主要應用目標，本文研究了目前主要采用的分布式存儲技術，分

2、析了利用P2P技術構建分布式存儲系統(tǒng)面臨的主要問題，在研究構建P2P存儲系統(tǒng)的基礎理論和算法基礎之上，針對現(xiàn)有P2P存儲系統(tǒng)在實時性和容錯性上存在的不足，提出一個面向Internet的基于對等結構的分布式存儲系統(tǒng)(RSA-Store)框架，對存儲覆蓋網絡構建、數(shù)據(jù)管理、副本一致性維護和負載均衡等問題提出了相應的解決方案和策略，主要研究工作和創(chuàng)新如下:
　　 (1)提出一種新的存儲覆蓋網絡構建機制來改善P2P網絡中的拓撲一致性問題

3、。拓撲一致性問題嚴重制約了存儲系統(tǒng)的性能，現(xiàn)有研究通過測量節(jié)點之間的網絡距離并在此基礎上對節(jié)點進行分組來改善這種影響，通過網絡距離進行分組的方法具有不穩(wěn)定性和帶來大量的聚集開銷。針對上述問題，利用Internet結構的自然屬性建立一個基于區(qū)域語義的層次覆蓋網絡（RSA-HRing），給出了相應的拓撲維護機制，設計了基于推(Push)拉(Pull)相結合的超節(jié)點及其備份節(jié)點的選取算法，提出一種預防超節(jié)點失效的魯棒性算法SNFT-RA。在此

4、基礎上，針對現(xiàn)有網絡距離測量方法中采用時延和跳數(shù)度量容易帶來三角不等式問題，詳細描述和分析了通過路徑矢量測量網絡距離的思想，并將其應用到覆蓋網絡的路由算法中，提出了一種基于路徑矢量(Path-Vector)的覆蓋網絡路由算法(PVRA)。仿真實驗表明，RSA-HRing能顯著降低覆蓋網絡拓撲構建和維護開銷;PVRA具有較好的路由性能，能夠在保持覆蓋網絡路由規(guī)模的同時顯著節(jié)約實際物理路由開銷。
　　 (2)結合存儲用戶訪問行為和區(qū)

5、域活動特點，在RSA-HRing網絡中提出一種基于區(qū)域感知的數(shù)據(jù)管理模型?；趨^(qū)域感知的數(shù)據(jù)管理模型采用靜態(tài)的數(shù)據(jù)放置策略I(nter)-I(ntra) BS來保證數(shù)據(jù)的精確定位和容錯性能;同時詳細分析了用戶區(qū)域活動行為特點，提出一種基于區(qū)域感知的動態(tài)副本生成策略(RA-RCM)來改善數(shù)據(jù)訪問性能。針對數(shù)據(jù)放置和副本生成策略設計了詳細的定位算法和副本管理機制，用數(shù)學方法分析了RSA-HRing環(huán)境下該模型的訪問開銷，同時給出了節(jié)點失效對

6、數(shù)據(jù)訪問成功率影響的概率分析。仿真實驗表明，如果合理控制簇節(jié)點規(guī)模和備份閾值，RA-RCM算法可以顯著的節(jié)約數(shù)據(jù)定位跳數(shù); I(nter)-I(ntra) BS能夠有效應對節(jié)點的失效，尤其是在覆蓋網層引入SNFT-RA算法后系統(tǒng)具有較好的數(shù)據(jù)容錯能力。
　　 (3)提出一種基于節(jié)點異構度的覆蓋網絡副本一致性維護方法(NHDCOM)。異構性是RSA-Store環(huán)境下節(jié)點的典型特征，現(xiàn)有的副本一致性維護算法對節(jié)點異構性缺乏考量，NH

7、DCOM引入了節(jié)點能力度量參數(shù)-節(jié)點異構度，利用Chord環(huán)組織副本節(jié)點，提出一種基于節(jié)點指取表的環(huán)分割算法，理論分析證明該算法能夠以較小的開銷幫助更新源節(jié)點獲得所有其他副本節(jié)點的異構度信息。結合節(jié)點異構度，給出了一種求解最小延遲更新內容樹(minimum delay update-contenttree)的問題模型，利用動態(tài)規(guī)劃的方法提出一種啟發(fā)式算法--MDUT-H。仿真實驗表明，相較現(xiàn)有算法，在不同的節(jié)點異構度分布、副本文件大小以

8、及節(jié)點規(guī)模等環(huán)境下，NHDCOM算法具有出色的效率和穩(wěn)定性。
　　 (4)提出一種基于虛擬服務器拆分的負載平衡算法(VSSLBA)。有效的負載平衡算法對RSA-Store系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性和實時性將產生積極的影響。在物理節(jié)點上建立多個虛擬服務器并根據(jù)需要進行虛擬服務器遷移是目前DHT網絡中經常采用的負載平衡方法，但這種方法存在單虛擬服務器問題(SVSP)。根據(jù)節(jié)點間間距的分布概率，建立了基于虛擬服務器的DHT網絡負載分布數(shù)學模型，