【正文】 計算機科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 [精品論文 ] 支持快速數(shù)據(jù)分發(fā)的延遲帶寬敏感技術(shù)研究 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分發(fā) 覆蓋網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)坐標 拓撲構(gòu)建 路徑選擇 摘要： Inter 環(huán)境下的快速數(shù)據(jù)分發(fā)作為一種高吞吐率、低延遲、轉(zhuǎn)發(fā)時間緊迫的數(shù)據(jù)分發(fā)模式，在突發(fā)事件響應(yīng)、信息化戰(zhàn)場環(huán)境、多媒體應(yīng)用、新聞傳播、金融證券等需要快速共享信息的諸多領(lǐng)域，發(fā)揮著極其重要的作用?；诟采w網(wǎng)的快速數(shù)據(jù)分發(fā)可以利用覆蓋網(wǎng)的部署靈活、自治性、可擴展性和魯棒性強等特點，實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分發(fā)。然而，由于現(xiàn)有覆蓋網(wǎng)的構(gòu)建不能有效地反映底層物理網(wǎng)絡(luò)拓撲特性，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)分發(fā)過程中路由效率和傳輸性能低下等問題。延遲和帶寬作為網(wǎng)絡(luò)路徑的重要參數(shù)，極大地影響著數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。為支持有效的快速數(shù)據(jù)分 發(fā)，對網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)路徑的可用帶寬測量以及為優(yōu)化路由效率和數(shù)據(jù)分發(fā)路徑的延遲帶寬敏感技術(shù)進行了深入的研究。 首先，針對已有網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法在收斂性、精確性、安全性等方面的不足，提出了一種基于分簇的啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法 CHCC 以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測。 CHCC 中利用改進的Binning 分簇算法 EBinning 對節(jié)點有效地分簇，并結(jié)合最優(yōu)的分布式地標選擇策略 Hybrid 以優(yōu)化方法的可擴展性和精確性；提出并使用惡意節(jié)點檢測算法MNDA 檢測惡意節(jié)點以提高網(wǎng)絡(luò)坐標的安全性；提出并使用啟發(fā)式坐標更新算法HCUA 對坐 標周期性更新以提高坐標的收斂速度和預(yù)測精度；提出并使用坐標穩(wěn)定算法 CSA 對坐標進行穩(wěn)定處理以防止坐標發(fā)生漂移現(xiàn)象，增強坐標的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，與已有的典型方法 Vivaldi 相比， CHCC 具有更好的收斂性、穩(wěn)定性、安全性和精確性。 其次，針對 Inter 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下端到端路徑的可用帶寬測量問題，提出了一種快速自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)路徑可用帶寬測量方法 FSabe。FSabe 基于探測速率模型 PRM，克服了探測間隔模型 PGM 中需要已知帶寬容量以及緊致鏈路和窄帶鏈路為同一鏈路的條件；根據(jù)接收端的到達速率和背景流的突發(fā) 性來自適應(yīng)調(diào)整探測包串的發(fā)送速率，提高了測量的收斂速度；根據(jù)背景流量的突發(fā)性與路徑負載的情況自適應(yīng)地確定探測包串長度，減少了探測包的數(shù)目并減輕了對網(wǎng)絡(luò)路徑的影響，提高了方法的可用性；采用適宜的探測包大小，并改進了判斷探測包單向延時變化的方法，增強了方法的精確性和抗干擾性。實驗結(jié)果表明，與典型的 PRM 測量模型方法 Pathload 相比， FSabe 的精確性更高、測量時間更短、對網(wǎng)絡(luò)路徑的干擾更小。 最后，針對覆蓋網(wǎng)中實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)分發(fā)面臨的路由效率低下和分發(fā)路徑的性能瓶頸問題，提出了位置感知的非結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)拓撲 構(gòu)建算法 Lautc 以及延遲帶寬敏感的分發(fā)路徑選擇方法 LBPS。在Lautc 算法中，采用非結(jié)構(gòu)化拓撲和分布式構(gòu)建方式，提高了拓撲的動態(tài)適應(yīng)能力、彈性恢復(fù)能力以及可擴展性；采用隨機行走方式并結(jié)合低延遲鄰居選擇策略構(gòu)建拓撲，降低了延遲伸展率，提高了數(shù)據(jù)定位的效率。在 LBPS 方法中，以位置感知的非結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)拓撲為基礎(chǔ)，減少了傳輸延遲，提高了數(shù)據(jù)定位的效率；采用半分布式的帶寬容量信息管理方式，增強了可擴展性和實用性；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)延遲、帶寬容量和可用帶寬選擇路徑，在確保優(yōu)化分發(fā)路徑的同時減少網(wǎng)絡(luò)延遲，有效地提高了數(shù)據(jù)分發(fā) 的效率。實驗結(jié)果表明，利用 Lautc 算法構(gòu)建的覆蓋網(wǎng)拓撲的延遲伸展率較 Binning 方法更低，位置感知能力更強；與 Gnutella 拓撲相比， Lautc 算法構(gòu)建的拓撲數(shù)據(jù)定位效率更高。此外，通過深入比較分發(fā)路徑優(yōu)化前后的路徑可用帶寬，證明了 LBPS 方法能有效地優(yōu)化分發(fā)路徑，提高數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。 正文內(nèi)容 Inter 環(huán)境下的快速數(shù)據(jù)分發(fā)作為一種高吞吐率、低延遲、轉(zhuǎn)發(fā)時間緊迫的數(shù)據(jù)分發(fā)模式，在突發(fā)事件響應(yīng)、信息化戰(zhàn)場環(huán)境、多媒體應(yīng)用、新聞傳播、金融證券等需要快速共享信息的諸多領(lǐng)域，發(fā)揮著極其重 要的作用。基于覆蓋網(wǎng)的快速數(shù)據(jù)分發(fā)可以利用覆蓋網(wǎng)的部署靈活、自治性、可擴展性和魯棒性強等特點，實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分發(fā)。然而，由于現(xiàn)有覆蓋網(wǎng)的構(gòu)建不能有效地反映底層物理網(wǎng)絡(luò)拓撲特性，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)分發(fā)過程中路由效率和傳輸性能低下等問題。延遲和帶寬作為網(wǎng)絡(luò)路徑的重要參數(shù)，極大地影響著數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。為支持有效的快速數(shù)據(jù)分發(fā)，對網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)路徑的可用帶寬測量以及為優(yōu)化路由效率和數(shù)據(jù)分發(fā)路徑的延遲帶寬敏感技術(shù)進行了深入的研究。 首先，針對已有網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法在收斂性、精確性、安全性等方面的不足，提出了一種基于分簇的啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法 CHCC 以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測。 CHCC 中利用改進的Binning 分簇算法 EBinning 對節(jié)點有效地分簇，并結(jié)合最優(yōu)的分布式地標選擇策略 Hybrid 以優(yōu)化方法的可擴展性和精確性；提出并使用惡意節(jié)點檢測算法MNDA 檢測惡意節(jié)點以提高網(wǎng)絡(luò)坐標的安全性；提出并使用啟發(fā)式坐標更新算法HCUA 對坐標周期性更新以提高坐標的收斂速度和預(yù)測精度；提出并使用坐標穩(wěn)定算法 CSA 對坐標進行穩(wěn)定處理以防止坐標發(fā)生漂移現(xiàn)象，增強坐標的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，與已有的典型方法 Vivaldi 相比， CHCC 具有更好的 收斂性、穩(wěn)定性、安全性和精確性。 其次，針對 Inter 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下端到端路徑的可用帶寬測量問題，提出了一種快速自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)路徑可用帶寬測量方法 FSabe。FSabe 基于探測速率模型 PRM，克服了探測間隔模型 PGM 中需要已知帶寬容量以及緊致鏈路和窄帶鏈路為同一鏈路的條件；根據(jù)接收端的到達速率和背景流的突發(fā)性來自適應(yīng)調(diào)整探測包串的發(fā)送速率，提高了測量的收斂速度；根據(jù)背景流量的突發(fā)性與路徑負載的情況自適應(yīng)地確定探測包串長度，減少了探測包的數(shù)目并減輕了對網(wǎng)絡(luò)路徑的影響，提高了方法的可用性；采用適宜的探測包大 小，并改進了判斷探測包單向延時變化的方法，增強了方法的精確性和抗干擾性。實驗結(jié)果表明，與典型的 PRM 測量模型方法 Pathload 相比， FSabe 的精確性更高、測量時間更短、對網(wǎng)絡(luò)路徑的干擾更小。 最后，針對覆蓋網(wǎng)中實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)分發(fā)面臨的路由效率低下和分發(fā)路徑的性能瓶頸問題，提出了位置感知的非結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)拓撲構(gòu)建算法 Lautc 以及延遲帶寬敏感的分發(fā)路徑選擇方法 LBPS。在Lautc 算法中，采用非結(jié)構(gòu)化拓撲和分布式構(gòu)建方式，提高了拓撲的動態(tài)適應(yīng)能力、彈性恢復(fù)能力以及可擴展性；采用隨機行走方式并結(jié)合低延遲鄰居 選擇策略構(gòu)建拓撲，降低了延遲伸展率，提高了數(shù)據(jù)定位的效率。在 LBPS 方法中，以位置感知的非結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)拓撲為基礎(chǔ)，減少了傳輸延遲，提高了數(shù)據(jù)定位的效率；采用半分布式的帶寬容量信息管理方式，增強了可擴展性和實用性；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)延遲、帶寬容量和可用帶寬選擇路徑，在確保優(yōu)化分發(fā)路徑的同時減少網(wǎng)絡(luò)延遲，有效地提高了數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。實驗結(jié)果表明，利用 Lautc 算法構(gòu)建的覆蓋網(wǎng)拓撲的延遲伸展率較 Binning 方法更低，位置感知能力更強；與 Gnutella 拓撲相比， Lautc 算法構(gòu)建的拓撲數(shù)據(jù)定位效率更高。此外，通過深入比較 分發(fā)路徑優(yōu)化前后的路徑可用帶寬，證明了 LBPS 方法能有效地優(yōu)化分發(fā)路徑，提高數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。 Inter 環(huán)境下的快速數(shù)據(jù)分發(fā)作為一種高吞吐率、低延遲、轉(zhuǎn)發(fā)時間緊迫的數(shù)據(jù)分發(fā)模式，在突發(fā)事件響應(yīng)、信息化戰(zhàn)場環(huán)境、多媒體應(yīng)用、新聞傳播、金融證券等需要快速共享信息的諸多領(lǐng)域，發(fā)揮著極其重要的作用?；诟采w網(wǎng)的快速數(shù)據(jù)分發(fā)可以利用覆蓋網(wǎng)的部署靈活、自治性、可擴展性和魯棒性強等特點，實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分發(fā)。然而，由于現(xiàn)有覆蓋網(wǎng)的構(gòu)建不能有效地反映底層物理網(wǎng)絡(luò)拓撲特性，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)分發(fā)過程中路由效率和傳輸性能低下等問 題。延遲和帶寬作為網(wǎng)絡(luò)路徑的重要參數(shù)，極大地影響著數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。為支持有效的快速數(shù)據(jù)分發(fā)，對網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)路徑的可用帶寬測量以及為優(yōu)化路由效率和數(shù)據(jù)分發(fā)路徑的延遲帶寬敏感技術(shù)進行了深入的研究。 首先，針對已有網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法在收斂性、精確性、安全性等方面的不足，提出了一種基于分簇的啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)坐標計算方法 CHCC以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)測。 CHCC中利用改進的 Binning分簇算法 EBi