無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)中P2P文件搜索機(jī)制的研究

1 引言

無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)因其構(gòu)建容易、支持用戶移動(dòng)性的特點(diǎn)，在無線通信領(lǐng)域中占有極其重要的地位并具有廣闊的應(yīng)用前景。無線通信技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展為無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)(WANET)提供了更廣泛的應(yīng)用空間。經(jīng)常使用文件共享的P2P網(wǎng)非常適合 WANET。然而，在現(xiàn)有的無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)中直接應(yīng)用P2P技術(shù)，會(huì)造成系統(tǒng)開銷大量增加，傳輸效率及查詢成功率不高，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。在無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)(WANET)中方便快捷地實(shí)現(xiàn)P2P數(shù)據(jù)共享與交換，改善文件搜索和下載機(jī)制成為廣泛關(guān)注的課題。

這里提出一種將查詢功能和路由功能統(tǒng)一的跨層設(shè)計(jì)方案，利用分布式哈希表建立樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用P2P位置查找技術(shù)將文件位置信息分配在其間，每一網(wǎng)絡(luò)成員都存儲(chǔ)和保留系統(tǒng)資源的位置及路由信息，實(shí)現(xiàn)共享文件的定位查詢。在WANET中實(shí)現(xiàn)查詢和路由功能的統(tǒng)一，提高文件搜索和下載效率，定向查詢網(wǎng)絡(luò)資源，降低冗余開銷。

2 系統(tǒng)概述

這里WANET通過節(jié)點(diǎn)間的樹形邏輯結(jié)構(gòu)解決共享文件的定位查詢問題，隨著網(wǎng)絡(luò)新節(jié)點(diǎn)的加入樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增大。新節(jié)點(diǎn)只能通過某一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)加入 WANET，每個(gè)WANET向外提供唯一的網(wǎng)絡(luò)ID，在同一ID的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能擁有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)層次分明的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于查找文件路徑(即從存放路徑的節(jié)點(diǎn)獲得到達(dá)文件存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的路由)，以便從文件存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)下載文件。

為了存儲(chǔ)和保留位置信息以及路由信息，系統(tǒng)使用全分布哈希表，關(guān)鍵詞是所要共享文件的文件名，值是共享文件的全球統(tǒng)一的位置信息(節(jié)點(diǎn)MAC地址和節(jié)點(diǎn)文件的全路徑)。用一維空間來存儲(chǔ)關(guān)鍵詞和哈希值對(duì)，通過統(tǒng)一的哈希函數(shù)將每個(gè)關(guān)鍵詞映射到哈希鏈上的對(duì)應(yīng)位置。統(tǒng)一的函數(shù)有助于節(jié)點(diǎn)之間信息分配的平衡， WANET中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)一段哈希鏈(與哈希表上的索引項(xiàng)對(duì)應(yīng))。如果某一節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)哈希鏈段上包含某一文件哈希值，稱該節(jié)點(diǎn)為文件的路徑節(jié)點(diǎn) (Pnode)，存儲(chǔ)文件F的節(jié)點(diǎn)就稱為文件節(jié)點(diǎn)(Fnode)。因此Pnode存儲(chǔ)攜帶位置信息的索引，F(xiàn)node存儲(chǔ)實(shí)際文件。因此，訪問一個(gè)文件的步驟如下：查詢節(jié)點(diǎn)(Qnode)哈希被搜索的文件名以確定哈希鏈上的值；訪問Pnode(哈希值包含在Pnode負(fù)責(zé)的哈希鏈內(nèi))；從Pnode獲取被搜索文件的位置(即Fnode)并確定從Pnode小節(jié)點(diǎn)到Fnode的路由；從Qnode獲取到Qnode-Fnode的路由，訪問Fnode，文件從 Fnode被下載。

3 樹形拓?fù)涞慕�立和�?jié)點(diǎn)文件定位

圖1d表示一個(gè)含有7個(gè)節(jié)點(diǎn)的WANET網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中，假定節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G提供的共享文件分別為(α1α2)、(β1β2)、(γ1)、(δ1 δ2)、(σ1)、(ε1)、(η1η2)。

3．1 WANET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)樹形拓?fù)涞慕��?/p>

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)組建初期只有一個(gè)初始節(jié)點(diǎn)A，要建立一個(gè)如圖1d所示的7個(gè)節(jié)點(diǎn)的WANET文件共享網(wǎng)絡(luò)，樹形拓?fù)涞慕�立過程如下：

(1)節(jié)點(diǎn)A對(duì)自己的兩個(gè)共享文件α1、α2哈希后將值映射到整段共享文件哈希鏈上，如圖2a所示。

(2)節(jié)點(diǎn)B(共享文件β1、β2)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)A并向節(jié)點(diǎn)A發(fā)起接入請(qǐng)求，即B要加入A組成的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)A收到B的接入請(qǐng)求后，將自己所負(fù)責(zé)的哈希鏈分成兩段并分配一半給B，文件α2因此落入節(jié)點(diǎn)B負(fù)責(zé)的一段哈希鏈，A將文件α2的位置索引送至B(文件雖然還存放在節(jié)點(diǎn)A，但A上α2的位置信息置空)。因此，A成為B的雙親節(jié)點(diǎn)。B存放著文件α2的位置信息[α2，A]。

(3)B向網(wǎng)絡(luò)插入其共享文件β1和β2，β1映射到B節(jié)點(diǎn)所負(fù)責(zé)的哈希鏈段，β2映射到A節(jié)點(diǎn)所負(fù)責(zé)哈希鏈段。則B節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)位置信息[β1，B]，A節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)位置信息[β2，B]，即B為文件β1的PnodeA為文件β2的Pnode,如圖2b所示。

(4)另一個(gè)新節(jié)點(diǎn)C(存儲(chǔ)文件γ1、γ2)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)B并對(duì)其發(fā)出接入請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)C從B接入網(wǎng)絡(luò)，B將自己的哈希鏈段分出一半給C。節(jié)點(diǎn)C上的文件γ1、 γ2哈希后映射到哈希鏈上，如圖2c。α2落入C所負(fù)責(zé)的哈希鏈段，B將α2的信息送至C，節(jié)點(diǎn)C不僅保留α2的位置信息，也保留從C到文件α2的路徑信息。C將B加到路徑上，同時(shí)保存[α2，BA]的索引項(xiàng)。表明文件α2存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)A，并且從C到節(jié)點(diǎn)A的路徑是“C-B-A”。節(jié)點(diǎn)B成為C的雙親節(jié)點(diǎn)。

(5)C向網(wǎng)絡(luò)插入共享文件γ1、γ2，γ1映射到C負(fù)責(zé)的哈希鏈段，γ2映射到A負(fù)責(zé)的哈希鏈段。