基于自組織的P2P技術(shù)

目前，P2P已經(jīng)作為一種流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被越來(lái)越多地應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的文件共享、分布式計(jì)算、資源搜索等領(lǐng)域。P2P技術(shù)將各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)互相結(jié)合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，共享其中的帶寬，共同處理其中的信息。P2P網(wǎng)絡(luò)是去中心，自組織和從單純意義上來(lái)說(shuō)的動(dòng)態(tài)的（網(wǎng)絡(luò)），并且為傳統(tǒng)的服務(wù)器－客戶端計(jì)算模型提供另外一種選擇，體現(xiàn)了自組織的組網(wǎng)思想。目前，在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界對(duì)于P2P沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，都分別從不同的應(yīng)用角度描述出P2P的應(yīng)用特點(diǎn)。P2P的共同點(diǎn)就是它打破了傳統(tǒng)的Client／Server（C／S）模式，在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)的地位都是對(duì)等的。每個(gè)結(jié)點(diǎn)既充當(dāng)服務(wù)器，為其他結(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，同時(shí)也享用其他結(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。

　　P2P網(wǎng)絡(luò)工作的三個(gè)基本步驟包括：找到網(wǎng)絡(luò)人口，進(jìn)人網(wǎng)絡(luò)；找到需要進(jìn)行交互的對(duì)等端，與對(duì)等端進(jìn)行交互。其基本原理與P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。

　　P2P組網(wǎng)機(jī)制與移動(dòng)自組網(wǎng)有許多相似之處，如全分布的體系結(jié)構(gòu)、自組織及動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。

　　1．無(wú)結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)

　?。?）集中式

　　以Napster為代表，其本質(zhì)上并非純粹的P2P系統(tǒng)。Napster通過(guò)一個(gè)中央索引服務(wù)器保存用戶所共享的音樂(lè)文件索引和存放位置的信息。當(dāng)用戶需要某個(gè)音樂(lè)文件時(shí)，首先與中央索引服務(wù)器建立連接并進(jìn)行相關(guān)檢索，得到服務(wù)器返回的文件所有者信息后，與所有者建立連接進(jìn)行文件傳輸。集中式的P2P網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單、檢索效率高。但由于整個(gè)系統(tǒng)依賴于中心索引服務(wù)器，存在單點(diǎn)失效問(wèn)題。同時(shí)，該類系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差，無(wú)法動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的變化，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)中央索引服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)和更新的成本也將急劇增加，因而集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不適合于大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

　?。?）全分布式

　　以其典型代表Gnutella來(lái)說(shuō)明其原理，Gnutella是一個(gè)無(wú)中心的純P2P網(wǎng)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都隨機(jī)維護(hù)自己本地局部的拓?fù)溥B接關(guān)系，采用了基于完全隨機(jī)圖的“泛洪”發(fā)現(xiàn)和隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。當(dāng)需要進(jìn)行信息查找時(shí)，Gnutella系統(tǒng)將發(fā)送一個(gè)廣播消息給周邊的結(jié)點(diǎn)，詢問(wèn)是否有相關(guān)的內(nèi)容。如果周邊結(jié)點(diǎn)存在相關(guān)的內(nèi)容，則向查詢結(jié)點(diǎn)發(fā)回查找結(jié)果。盡管Gnutella系統(tǒng)的這種基于“洪泛”的查詢技術(shù)支持語(yǔ)義查詢，能有效定位復(fù)制率很高的內(nèi)容，能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但這種查詢機(jī)制無(wú)法定位網(wǎng)絡(luò)中稀缺的內(nèi)容，隨著查詢數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷也快速增加，使得網(wǎng)絡(luò)不具有可擴(kuò)展性。

　　（3）層次化

　　層次化的拓?fù)涑浞挚紤]了節(jié)點(diǎn)能力的異構(gòu)性，選擇處理、存儲(chǔ)、帶寬等性能較高的節(jié)點(diǎn)作為超級(jí)節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)作為普通節(jié)點(diǎn)。每個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)管轄一定的普通節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)所轄范圍內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)的文件索引。查詢請(qǐng)求只在超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將這些請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給適當(dāng)?shù)娜~節(jié)點(diǎn)?；旌鲜酵?fù)鋵?shí)際上是一個(gè)分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)高速的查詢請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)層，不僅減小了查詢時(shí)延，又極為有效地減少了洪泛的查詢請(qǐng)求流量。

　　2，結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)

　　以Chord和CAN為典型代表，結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)通過(guò)分布式Hash表（distributed hash table，DHT）指定節(jié)點(diǎn)和內(nèi)容的標(biāo)志符。內(nèi)容被存儲(chǔ)到與之有特定關(guān)系的節(jié)點(diǎn)上。同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需維護(hù)一個(gè)路由表，包括鄰居節(jié)點(diǎn)的IP地址和標(biāo)志符。查詢請(qǐng)求以逐漸逼近的方式在P2P網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)，即轉(zhuǎn)發(fā)到離目標(biāo)標(biāo)志符距離更近的節(jié)點(diǎn)。查詢請(qǐng)求提供了高效的P2P路由機(jī)制，一般情況下，P2P網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容在0（logN）步內(nèi)定位，其中N為P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目。盡管基于DHT的結(jié)構(gòu)化拓?fù)淠苡行Фㄎ痪W(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容，但在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化頻繁的P2P網(wǎng)絡(luò)中，難以有效維護(hù)這種結(jié)構(gòu)化的拓?fù)?。此外，結(jié)構(gòu)化拓?fù)洳捎玫木_匹配的查詢機(jī)制無(wú)法支持語(yǔ)義查詢，限制了請(qǐng)求者對(duì)內(nèi)容的選擇性。

　　自組網(wǎng)環(huán)境下的P2P疊加網(wǎng)在臨時(shí)會(huì)議、無(wú)線傳感器網(wǎng)等方面有良好的應(yīng)用前景，但也面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)：

　?、僭?strong>MANET中節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)處理能力和電源受限、信道質(zhì)量較差，這樣在MANET環(huán)境下P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓欤酚勺儎?dòng)頻繁，連接不穩(wěn)定，這些都給網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。

　　②P2P屬于應(yīng)用層技術(shù)，MANET路由協(xié)議屬于網(wǎng)絡(luò)層，但兩者是不同領(lǐng)域產(chǎn)生的技術(shù)，兩層之間缺乏協(xié)作和溝通機(jī)制，若直接將P2P應(yīng)用于MANET，會(huì)產(chǎn)生大量的傳輸冗余，造成網(wǎng)絡(luò)性能的下降。

　　經(jīng)過(guò)近幾年的大量研究，在P2P移動(dòng)自組織網(wǎng)領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的技術(shù)成果，如：D-TAOC提供了一種有效的全分布算法，能夠顯著的減少傳輸開(kāi)銷。RBB（rank－based broadcast）提出了創(chuàng)新的算法，用以移動(dòng)P2P網(wǎng)絡(luò)中本地資源的搜索。PDSR（peer computlng based dynamic source routing）改良了目前自組織網(wǎng)中使用的DSR協(xié)議，提出了革新的P2P移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)由協(xié)議。Divalia是一種新的MANET環(huán)境下P2P文件交換的構(gòu)架，支持匿名傳送文件、保護(hù)使用者隱私和減少了帶寬浪費(fèi)。