[发明专利]一种支持协作处理查询的空间索引结构及其构造方法

说明书

本发明提供一种支持协作处理查询的空间索引结构及其构造方法，针对移动P2P网络环境中的移动用户享受基于位置服务场景，客户端缓存用户历史查询的结果数据用于响应用户将来的查询，为此设计一种基于标记的四叉树索引结构组织客户端缓存的空间数据，客户端维护一个周围对等节点列表，通过给索引节点添加一个位串作为标记来记录附近缓存了该节点数据的对等节点，由此不仅有效提高了缓存查询效率，还提供了一个周围对等节点的缓存内容视图，有助于协作处理用户查询过程中客户端准确识别能够提供有效帮助的对等节点。

技术领域

本发明属于计算机科学与技术领域，特别涉及一种移动P2P网络中支持协作处理查询的空间索引结构及其构造方法。

背景技术

地理信息系统GIS的主要数据是空间数据，即专指用来描述地球表面空间实体的位置、形状、大小及其分布等多方面信息的数据。因为空间数据的复杂性和海量性，必须使用合适的索引技术，让用户能够快速便捷获取所需的空间数据。索引是一种检索海量数据的优化方式，能够有效提高检索速率。针对空间数据设计的索引结构，称之为空间索引，方便用户检索空间实体的位置相关数据。目前常用的空间索引技术有网格索引、四叉树索引、R树索引等，这些索引各有各的优势。R树索引是目前应用最为广泛的空间索引结构，它是一棵高度平衡树，使用一种最小外包矩形MBR包围地理空间对象，构成R树的节点。R树的每个节点对应一个最小外包矩形区域，叶子节点对应的MBR中包含了若干个相邻的空间对象，非叶子结点对应的MBR则是包围其下所有叶子节点MBR的最小外包矩形。R树提供了一种高效的高维空间搜索方法，但也存在缺点，如多路径查询问题。四叉树是一种相对简单易操作的空间索引结构，常用于存储和检索二维空间数据，比如点、线或者面数据。四叉树将地理区域划分为四个相等的子区域，一般以矩形形状划分，因此每个节点最多包含四个孩子节点。四叉树的节点又可以继续分解为更小的四个子分区，自顶向下逐步划分形成一棵多层次的四叉树。空间对象全部存储在叶子结点中，根节点和非叶子节点不存储空间对象。每个节点有孩子数量限制，超过限制的节点则继续四等分裂，因此随着空间对象的不断插入，四叉树的层次会不断增加，再者空间对象的位置分布不均匀，导致四叉树变成一颗严重不平衡的树，从而减低空间数据查询效率，并且浪费存储空间。

现有的空间索引结构都是针对整个全局地理空间数据而设计的，适用于整个互联网，没有单独为某种网络结构设计的索引结构。对于移动P2P网络而言，它有自身独特的性质，R树等空间索引结构并不能完全发挥其结构上的优势。移动P2P网络全称移动对等网络(Mobile Peer-to-Peer Network)，简称MP2PN。网络节点之间通过直接连接方式共享部分硬件资源(如CPU、存储、网络连接等)，这些共享资源通过网络提供服务，能被其它节点直接访问而无需通过中间设备，网络节点既是资源和服务的提供者，也是资源和服务的使用者，每个节点地位相等，无主从之分，所以称为对等节点。根据移动P2P网络结构的任意节点之间可以直接连接的特性，提出一种对等节点缓存空间数据的空间索引结构，可以有效提高空间数据检索速率，以及对对等节点之间协作处理用户位置查询提供丰富的缓存视图。

发明内容

本发明针对移动P2P环境中位置相关服务的应用场景，客户端利用缓存回答用户位置相关查询，同时对等节点之间协作处理用户查询，为此设计一种基于标记的四叉树索引结构，简称SBQT(Signature-based Quad Tree)。客户端根据自身缓存内容构建SBQT索引结构，同时自适应广播SBQT索引结构元组流给周围对等节点，由此更新自身SBQT索引。SBQT索引可以记录邻近对等节点缓存的索引节点和空间对象信息，客户端通过SBQT可以获取周围对等节点缓存内容的一个视图，从而在使用本地缓存回复用户查询时，如果缓存未命中，则可以通过SBQT索引快速获知附近哪些对等节点缓存有自身需要的空间对象。

一种支持协作处理查询的空间索引结构及其构造方法，包括以下步骤：

步骤1：客户端根据自身缓存内容构造一棵扩展型四叉树索引；