專利名稱：一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法
技術領域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡通信領域，特別是對等網(wǎng)絡搜索優(yōu)化和資源放置優(yōu)化問題。
背景技術：
對等網(wǎng)絡是下一代網(wǎng)絡的核心概念，與傳統(tǒng)的中心服務器與客戶端模式不同。在對等網(wǎng)絡中，各個節(jié)點既從其余節(jié)點獲得自己想要的資源，也向其余的節(jié)點提供自己共享的資源。在對等網(wǎng)絡的實現(xiàn)中，由于不存在中心服務器，如何快速的定位各種資源和服務是一個關鍵技術。當前關于對等網(wǎng)的快速搜索的研究將對等網(wǎng)分為了結構對等網(wǎng)和無結構對等網(wǎng)。 無結構對等網(wǎng)相對于使用分布式哈希表(Distributed Hash Table)的結構對等網(wǎng)而言，在精確搜索上效率降低，但是其自身維護開銷顯著減少，具有良好的擴展性，便于大范圍內(nèi)組網(wǎng)。在無結構對等網(wǎng)中，信息的搜索分為盲目搜索和導向性搜索。盲目搜索以泛洪 (Flooding)搜索為基礎，節(jié)點將搜索信息無差別的，或是隨機的選擇若干個鄰居節(jié)點進行轉發(fā)，搜索具有盲目性；導向性搜索的常用技術是根據(jù)節(jié)點已有的搜索歷史，將信息轉發(fā)到搜索成功率更高的節(jié)點上。導向性搜索中轉發(fā)節(jié)點的選擇是根據(jù)節(jié)點的搜索歷史進行篩選，因此其轉發(fā)節(jié)點往往跟查詢節(jié)點具有一些相同的性質(zhì)，比如擁有相似的興趣內(nèi)容，或是在線時間相似等等。 在一定程度上導向性搜索比盲目搜索的成功率要大，同時減少了網(wǎng)絡中的轉發(fā)信息冗余。 但經(jīng)過一段時間后，由于網(wǎng)絡中部分節(jié)點其維護的內(nèi)容較多，且服務能力好(例如，一個局部地區(qū)的小型服務器)，使其漸漸的成為周邊節(jié)點的共同轉發(fā)節(jié)點。這樣就形成了對等網(wǎng)中的一些過熱節(jié)點或者稱之為超級節(jié)點，它們承擔著網(wǎng)絡中很大一部分搜索信息的處理和轉發(fā)。另一方面，以歷史信息為導向的搜索，在搜索流行文件時效果顯著，在處理冷門文件時，由于用戶之間的差異性，使得效果并不明顯。一個可能的情況即為網(wǎng)絡中某節(jié)點對某種稀有資源發(fā)出搜索信息，并將其導向性的發(fā)送給超級節(jié)點，而超級節(jié)點不存在這種資源，但實質(zhì)上在需求節(jié)點周圍的某個葉子節(jié)點上即存在此資源，從而導致即使資源節(jié)點在需求節(jié)點可達的范圍內(nèi)，搜索依然失敗。針對這些情況，當前常用的技術就是進行資源的優(yōu)化放置，對冷門資源進行合理緩存，提高冷門資源的搜索成功率。該技術一個基本思路是在每次搜索成功后，將搜索信息和資源節(jié)點的基本信息緩存在整個查詢鏈路的節(jié)點上，當下一次有相同的搜索信息轉發(fā)到此鏈路的節(jié)點時，節(jié)點發(fā)現(xiàn)此搜索信息與自身緩存的搜索信息相同，則將資源節(jié)點的基本信息反饋給搜索節(jié)點，搜索節(jié)點從而和資源節(jié)點建立直接連接，從而減少了開銷(圖2)?，F(xiàn)有的索引緩存技術也有了不少研究成果。有的將搜索信息和資源節(jié)點的地址的索引值直接緩存到搜索鏈路上的每一個點；有的將搜索信息和網(wǎng)絡中的節(jié)點地址進行哈希計算，只將資源緩存到哈希值相匹配的節(jié)點。這些技術都很好的提高了搜索的效率，減少了搜索造成的開銷。另一方面，緩存技術一個關鍵的問題是要保證索引的有效性，節(jié)點需定期的向源節(jié)點發(fā)送信息，確定索引匹配的資源是否還有效。如資源已經(jīng)不存在，則更新自身的索引。 常用技術是將索引和搜索信息分別設立時間節(jié)點t1;t2，索引的有效期為At。若t2e (tl， ti+At)，則認為此時的索引信息是有效的，直接轉發(fā)搜索信息到資源節(jié)點。否則，緩存索引的節(jié)點可以先詢問資源節(jié)點是否還保持此資源，再選擇轉發(fā)搜索信息。最后，當前的技術對索引的緩存以提高搜索成功率為目的。網(wǎng)絡中的索引緩存存在著很多冗余放置。在小規(guī)模局域網(wǎng)中，由于節(jié)點和資源都相對較少，冗余放置在提高搜索成功率基礎上不會對節(jié)點緩存產(chǎn)生很大影響。而在大范圍組網(wǎng)中，尤其是稠密的網(wǎng)絡中，節(jié)點可能無法承載過多的緩存，從而影響網(wǎng)絡的可擴展性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，該方法使得網(wǎng)絡中對資源的搜索成功率增加，搜索開銷減少。本發(fā)明的技術解決方案一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，實現(xiàn)步驟如

圖1所示，具體如下A.在對等網(wǎng)絡每一個運行周期開始時，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點統(tǒng)計上一個周期內(nèi)的自身被訪問的次數(shù)；B.根據(jù)訪問次數(shù)將每個節(jié)點分成了葉子節(jié)點和超級節(jié)點，訪問次數(shù)超過設定閾值的節(jié)點定義為熱門節(jié)點，也稱之為超級節(jié)點，訪問次數(shù)沒達到閾值的節(jié)點稱為葉子節(jié)點；所有的節(jié)點向其周圍的節(jié)點發(fā)送一個表明自己身份的信息，從而網(wǎng)絡中每個節(jié)點均知曉自己周圍的超級節(jié)點和葉子節(jié)點；C.葉子節(jié)點根據(jù)自己接收到的步驟B中所述身份信息，統(tǒng)計出自己路由表中的超級節(jié)點，并計算所述這些超級節(jié)點與自己的行為相似性；所述葉子節(jié)點與超級節(jié)點間的行為相似性是指上個周期內(nèi)葉子節(jié)點與超級節(jié)點共同在線時間的比重；此外，葉子節(jié)點統(tǒng)計上一周期內(nèi)自身的資源訪問次數(shù)，將訪問次數(shù)低于設定閾值的資源定義為冷門資源；D.所述超級節(jié)點根據(jù)自己接收到的步驟B中所述身份信息，統(tǒng)計出自己路由表中存在的超級節(jié)點和葉子節(jié)點，并計算所述這些超級節(jié)點與自身之間的連通度，再將所述連通度發(fā)送給其路由表中的葉子節(jié)點；E.葉子節(jié)點根據(jù)步驟C中所述的與超級節(jié)點之間的行為相似性，以及接收到的D 中所述的超級節(jié)點之間的連通度信息，建立一個以每個葉子節(jié)點放置的資源索引數(shù)最小為目標函數(shù)的整數(shù)規(guī)劃模型，所述目標函數(shù)的整數(shù)規(guī)劃模型為
Kl^⑴
(1 (2)
>β) (ysNr,SNp,-SNq(,aSN)min V X.. A^l mj；=1
s.t.m ΤΛ· ；=1X · mj
X . 八nir+Xnip++Xniq
權利要求
1. 一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下A.在對等網(wǎng)絡每一個運行周期開始時，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點統(tǒng)計上一個周期內(nèi)的自身被訪問的次數(shù)；B.每個節(jié)點根據(jù)訪問次數(shù)確定自己為葉子節(jié)點或者超級節(jié)點，訪問次數(shù)超過設定閾值的節(jié)點定義為熱門節(jié)點，也稱之為超級節(jié)點，訪問次數(shù)沒達到閾值的節(jié)點稱為葉子節(jié)點；所有的節(jié)點向其周圍的節(jié)點發(fā)送一個表明自己身份的信息，從而網(wǎng)絡中每個節(jié)點均知曉自己周圍的超級節(jié)點和葉子節(jié)點；C.葉子節(jié)點根據(jù)自己接收到的步驟B中所述身份信息，統(tǒng)計出自己路由表里的超級節(jié)點，并計算所述這些超級節(jié)點與自己的行為相似性；所述葉子節(jié)點與超級節(jié)點間的行為相似性是指上個周期內(nèi)葉子節(jié)點與超級節(jié)點共同在線時間的比重；此外，葉子節(jié)點統(tǒng)計上一周期內(nèi)自身的資源訪問次數(shù)，將訪問次數(shù)低于設定閾值的資源定義為冷門資源；D.所述超級節(jié)點根據(jù)自己接收到的步驟B中所述身份信息，統(tǒng)計出自己路由表中存在的超級節(jié)點和葉子節(jié)點，并計算這些超級節(jié)點與自身之間的連通度，再將所述連通度發(fā)送給其路由表中的葉子節(jié)點；E.葉子節(jié)點根據(jù)步驟C中所述的與超級節(jié)點之間的行為相似性，以及接收到的D中所述的超級節(jié)點之間的連通度信息，建立一個以每個葉子節(jié)點放置的資源索引數(shù)最小為目標函數(shù)的整數(shù)規(guī)劃模型，所述目標函數(shù)的整數(shù)規(guī)劃模型為mm' -、yΣ ^；=1mSi. y P11 · Xmi ·\ε\> λ(1)L·^ V ny I j \；=1Xnir+Xni^-'+Xnic^ 1⑵(if Connectl(SNr,SNp,--SNcfΑτι’.η JW+、丨+…水|>β) (ysNr,SNv,."SNc^nsN)Xnij = 0,1(3)其中XnU描述葉子節(jié)點Ni將冷門資源fn的索引存儲于超級節(jié)點S 上這個事件，Xnij =1表示在S 存儲該索引，否則Xnu = 0，m為超級節(jié)點的個數(shù)；模型的約束條件(1)中的Pu表示節(jié)點Ni將冷門資源fn的索引存儲于超級節(jié)點SNj的概率，Pu可以用行為相似性來表示，λ是一個給定的閾值；模型的約束條件O)中Qsn表示超級節(jié)點的集合，Lp Lp，…，Ltl表示的是超級節(jié)點S凡， SNp,…，SNq的路由表中節(jié)點集合，Lr π ρ...π q表示的是這些超級節(jié)點路由表中的共同連接節(jié)點的集合，I ·|表示集合的大小，當連通度指定的閾值時只在其中的一個節(jié)點上放置同一個文件的索引，從而減少網(wǎng)絡的資源放置開銷；F.求解步驟E中所述整數(shù)規(guī)劃模型，得出放置資源索引的超級節(jié)點的集合；G.葉子節(jié)點將步驟C中所述的自身的冷門資源的索引緩存到步驟F所得的最優(yōu)解中對應的超級節(jié)點上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，其特征在于所述步驟A中的周期指一個時間段單位，為一周或者一個月，具體時間長度視網(wǎng)絡負載和資源流行時間，更新頻率等情況而定。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，其特征在于所述步驟C中行為相似度的計算公式為T1^T1Sim(N^Nj) =T其中，用Ni, Nj來表示網(wǎng)絡中的任意兩個節(jié)點，Sim(Ni, Nj)表示Ni, Nj之間的行為相似度，T表示一個周期的時長；Ti, Tj分別表示節(jié)點NpNj在T時長里的在線時間，Ti Π Tj表示 Ni, Nj在T時長里的共同在線時長，在具體的實施中，每個節(jié)點在每次進入網(wǎng)絡和離開網(wǎng)絡時都向其路由表中的節(jié)點發(fā)送一個消息，從而可以得到每個節(jié)點的具體在線時長。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，其特征在于所述步驟D中超級節(jié)點在每個周期內(nèi)開始放置索引前先計算其相互之間的連通度，任選其中若干個超級節(jié)點S&，SNi+1,…，SNj,其連通度的計算公式為r_ |Αη +ι-η;|—’.為)其中，用Li, Li+1，…，Lj表示對應的超級節(jié)點SNi, SNi+1…，SNj的路由表中節(jié)點集合；超級節(jié)點首先檢索自身路由表中的超級節(jié)點，然后與這些超級節(jié)點互相交換各自的路由表信息并對路由表中節(jié)點ID進行比對，得到連接的共同節(jié)點的集合，用Lini+1...…表示，I · I表示集合的大小；當連通度Wm,,)大于設定的閾值時只在其中的一個節(jié)點上放置同一個文件的索引，從而減少網(wǎng)絡的資源放置開銷。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，其特征在于所述步驟F中采用貪婪算法去求整數(shù)規(guī)劃模型，具體步驟為步驟5. 1 任意選取網(wǎng)絡中一個待放置索引的葉子節(jié)點，表示為Ni,首先計算Ni路由表中的超級節(jié)點SN1, SN2,…，SNn，其中η為Ni的路由表中的超級節(jié)點的個數(shù)，得到一個相似度集合P= (P1, P2, "·Ρη)，其中每個分量PiG = 1，2···η)表示超級節(jié)點SNi和葉子節(jié)點 Ni在一個周期內(nèi)的共同在線時長比重；如果葉子節(jié)點Ni路由表中一個超級節(jié)點也沒有，即戶=0，則算法停止；否則，對P降序排序得到P' = (p' ρρ' 2，…ρ' n)，設最優(yōu)解集合 S為空集，S吖=0,轉步驟5. 2;步驟5. 2:如果最優(yōu)解中超級節(jié)點所連接的葉子節(jié)點數(shù)超過設定的閾值λ，即Σ^ ·ΚΙ" 1，則停止，輸出最優(yōu)解集合S ；否則轉步驟5. 3 ；；=1步驟5.3:設當前P'中的值最大的分量為P' k，在第一次計算時，k= 1，找到P' k對應的節(jié)點SNk，并更新P'，更新方法為將當前的p' k從P'中去掉，如果最優(yōu)解集合S中存在若干個超級節(jié)點與SNk之間連接的共同節(jié)點數(shù)的比例超過閾值β，即存在SNi, SNi+1··· SNj e S，使得連通度&> β，則舍去SNk，即S = S，返回執(zhí)行步驟5. 3 ；否則轉步驟5. 4 ；步驟5. 4:用S 表示當前集合S中的超級節(jié)點，S 路由表中的節(jié)點數(shù)表示為ILjI， 其中j為算法每次迭代過程中加入集合S中的具體節(jié)點下標，如果最優(yōu)解中已有的超級節(jié)點所連接的葉子節(jié)點數(shù)和SNk所連接的葉子節(jié)點數(shù)的期望超過了設定的閾值λ，即
全文摘要
一種對等網(wǎng)絡中冷門資源索引的優(yōu)化放置方法，將對等網(wǎng)絡中的緩存索引的節(jié)點選擇，索引的均衡放置等進行了數(shù)學的抽象，從數(shù)學角度提供了一個資源優(yōu)化放置的模型，由此提高了對等網(wǎng)絡中冷門文件的搜索成功率，同時減少了緩存索引的開銷，從而使得整個網(wǎng)絡的總開銷減少，使網(wǎng)絡更具有擴展性。
文檔編號H04L12/24GK102377826SQ201110385538
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2011年11月28日
發(fā)明者吳鴿鵬, 姜志鵬, 孫靜, 安然, 楊文國, 王慎娜, 趙彤, 鄧浩江, 郭田德, 高隨祥 申請人:中國科學院研究生院