結構化對等網絡中路由負載均衡問題的研究.pdf

1、P2P網絡已經成為Internet中最重要的應用系統(tǒng)之一?；贒HT的結構化P2P網絡能夠高效地完成對象查詢和定位工作,并具有良好的可擴展性、健壯性、自組織和自適應能力等優(yōu)點,因此成為P2P網絡的一個主流研究方向。然而,DHT網絡自身存在的負載不均衡因子、節(jié)點處理能力的異構性、用戶查詢分布的不均勻性以及網絡中存在的動態(tài)性都會造成負載分布不均衡,降低整個系統(tǒng)的服務質量和可用性。
　　 在DHT網絡中,節(jié)點的負載主要由兩部分組成:一

2、部分是由節(jié)點所維護的對象帶來的負載,稱為對象負載(Obiect Load)；另一部分是節(jié)點根據路由算法轉發(fā)其他用戶查詢消息時產生的路由負載(Routing Load)。現有負載均衡問題的研究主要針對對象負載而忽略了路由負載,會導致節(jié)點因為轉發(fā)大量查詢消息而產生過載,影響用戶查詢的成功率及響應時間。針對這一問題,本文圍繞基于DHT的結構化P2P網絡中的路由負載均衡問題展開了深入研究,主要工作包括以下幾個方面:
　　 (1)入度調整

3、機制是目前解決路由負載均衡問題的一種有效手段。針對入度調整機制在DHT網絡中存在的不足,本文提出了一種使用公平指數和負載分層方法的路由負載均衡算法FLLB。該算法利用公平指數發(fā)現局部范圍內負載分布的不均衡,利用入度調整機制對輕節(jié)點和重節(jié)點分別進行有針對性的負載調整。該算法將節(jié)點的入連接和需要處理的路由負載劃分為多個子層,允許節(jié)點通過調整特定子層的入度數量來單獨調整該子層負載的大小,提高了調整的針對性,細化了調整的粒度。模擬結果表明FLL

4、B算法能夠提高負載分配的公平性,以較低的開銷取得較好的調整效果。
　　 (2)針對結構化P2P網絡中由于查詢熱點所導致的節(jié)點擁塞問題,本文提出了一種基于入度調整機制的路由負載擁塞控制算法HGCG。該算法能夠動態(tài)判定出可能存在的查詢熱點,并將熱點周圍的節(jié)點組織起來建立熱點組,通過在熱點組內各節(jié)點之間轉移入連接來實現負載的最優(yōu)分配。同時,HGCG算法還充分考慮了節(jié)點處理能力的異構性,將熱點組中的節(jié)點進一步劃分為多個能力組,并在能力組

5、內和組間分別進行調整。為了預防節(jié)點擁塞,算法還將每條入連接的平均剩余處理能力作為指導負載調整的標準之一。模擬結果表明,與其他同類算法相比,HGCG算法可以有效地減少負載增加過程中查詢失敗的數量,降低擁塞帶來的影響。
　　 (3)針對在DHT網絡中,入度調整機制的負載調整范圍存在局限性,無法進行全局范圍負載調整的問題,本文提出了一種基于虛擬服務器機制和入度調整機制相結合的路由負載均衡算法VSG。該算法選取系統(tǒng)中處理能力較強的節(jié)點組

6、成VSG組,并允許在該組成員上創(chuàng)建虛擬服務器。熱點區(qū)域可以通過在VSG組中創(chuàng)建虛擬服務器來實現系統(tǒng)全局范圍內的負載轉移；熱點區(qū)域內的節(jié)點和虛擬服務器通過入度調整來進行局部范圍的負載細分。同時,VSG算法通過縮小虛擬服務器路由表的規(guī)模、禁止虛擬服務器維護數據對象等措施降低了虛擬服務器的資源消耗,并考慮了節(jié)點同時使用多個標識符時的安全性問題。模擬結果表明VSG算法兼具了虛擬服務器機制和入度調整機制的優(yōu)點,能夠有效地處理DHT網絡中的路由負載

7、不均衡問題。
　　 (4)為了降低查詢分布不均勻對路由負載均衡的影響,本文提出了一種路由負載分散機制RLD,通過將集中的查詢分散化來避免產生查詢熱點。RLD機制允許同一個對象的查詢從多條查詢路徑到達目標,讓網絡中更多的節(jié)點參與查詢消息的路由過程,共同分擔路由負載,解決了單一查詢路徑條件下的負載匯聚問題,提高了路由負載的均衡程度。通過對現有DHT路由方法進行簡單擴展,RLD機制能夠以很高的概率保證查詢消息在相同的跳步數內到達目標節(jié)