[发明专利]一种物理网络感知的覆盖网构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络和网络计算系统中的覆盖网构建方法，尤其是感知物理网络延迟的覆盖网构建方法。

背景技术

网络计算的目标是将广域分布的计算、存储、信息以及仪器等各种资源通过网络组织并集成起来，以实现网络资源的有效共享和综合利用。当前，网络计算技术在科学研究、电子商务、电子政务和军事应用等重要领域都有着广阔的应用前景。

网络资源的有效组织是网络计算系统实现资源共享和利用的重要基础，对网络计算系统的性能和可扩展性等都有着关键的影响。覆盖网是近年来兴起的一种重要的网络资源组织技术。覆盖网(Overlay Network)是指网络计算系统中节点间根据其逻辑关联关系形成的、架构在互联网之上的逻辑网络。近年来随着覆盖网技术的发展，利用覆盖网技术组织大规模的网络资源，展现出良好的可扩展性和自组织潜力，得到了学术界和工业界的关注和重视。

覆盖网构建方法是在覆盖网中的节点之间按照一定的规则建立逻辑上的连接关系，是形成覆盖网拓扑结构、影响覆盖网性能的基础性关键技术。覆盖网构建方法的评价通常是以该方法所构建的覆盖网拓扑的节点度数和路由延迟等参数作为重要指标。节点度数是指覆盖网中各节点的邻居数量，涉及到覆盖网中各节点的邻居状态存储开销和覆盖网的动态维护开销；路由延迟是指覆盖网中一次消息路由的延迟，通常用覆盖网中的逻辑跳步数或物理延迟来表示。为取得良好的实用性能，覆盖网构建方法应该兼顾覆盖网节点度数和路由延迟等多个方面的特性。但这几个性能特性之间存在冲突，给覆盖网构建带来困难。典型的覆盖网构建方法包括Chord、CAN和Tapestry等，下面予以简要介绍。

(1)Chord方法

Chord方法采用环作为覆盖网的静态拓扑图，覆盖网中各节点的标识都是一个160位的二进制串(即0到2¹⁶⁰-1之间的整数)，可以根据节点的IP地址或名称等属性通过公开的SHA-1算法获得。Chord方法将覆盖网中所有节点根据标识的大小，顺时针构成一个环形的拓扑结构。

由于Chord中每个节点都维护了与其后继节点的邻居关系，在环上沿后继节点总可以正确地到达任何目标节点，但这种方法效率很低。因此Chord方法中，每个节点都维护一个finger表(即路由表)，finger表至多有log₂N项，节点n的finger表第i项是值n+2^i-1在环上对应的后继节点。Chord方法所构建的覆盖网的节点度数为O(log₂N)，路由延迟是O(log₂N)，平均路由延迟为1/2log₂N。

为提高覆盖网性能，一些研究提出在Chord方法构建的覆盖网基础上增加额外的覆盖网连接和路由信息，以提高覆盖网性能，典型工作包括Kelips、OneHop和Accordion等。例如，Kelips方法将覆盖网中的节点分成k个组，每个节点通过哈希函数分配到某一个组中。各节点维护的路由表包括：(i)同组中所有节点的视图；(ii)其他各组中常量个数节点的信息；(iii)同一组节点上的全部资源的索引信息。Kelips把路由消息转发到相应的组中，更新消息通过gossip方式来传播。Kelips的路由延迟为O(1)，但节点度数和维护开销为O(N^1/2)。

(2)CAN方法

CAN(Content Addressable Network)方法采用多维花环作为覆盖网的静态拓扑图。CAN方法的基本思想是构造一个虚拟的d维笛卡尔坐标空间，覆盖网中各个节点分别负责虚拟d维坐标空间中的一块区域。CAN中的节点根据它们所负责的区域在坐标空间中的位置来建立邻居关系，负责相邻区域的节点互为邻居。由于坐标空间是d维的，故每个节点有2d个邻居，CAN方法所构建的覆盖网的拓扑结构是类d-torus拓扑。

当节点加入或退出时，相关节点负责的区间会进行拆分或合并。新节点加入时，首先通过哈希函数将新节点映射到虚拟空间中的一点，然后将该点所在区域沿某一维拆分成两半，一半区域由新节点负责。拆分时对维数的选择是按照round-robin方式轮流进行。CAN方法所构建的覆盖网的节点度数为O(d)，路由延迟和消息开销为O(dN^1/d)。

(3)Tapestry方法