基於流言機制的自組織Overlay組播拓撲最佳化方法研究是一篇博士論文，論文的作者是孫曉
基本介紹
中文摘要
軍事環境下大規模的組播數據分發對於未來信息化戰爭具有重要的作用。現代軍事通信環境具有規模大、動態性強、異構、服務質量要求高的特點，尤其是特殊的戰場環境造成了軍事通信網路強烈的動態性，極大地超越了傳統網路技術所能管理的極限。在套用層實現的overlay組播數據分發技術可以更好地完成軍事環境下的大規模數據分發任務。通過在物理網路之上構建特定的overlay網路，可以在網路的可靠性、抗毀性、靈活性方面提供更多的支持，實現更複雜地協同通信。 同時反觀生物網路等自然網路系統，雖然其規模巨大，但是面對諸多突發事故具有靈活的處理能力。通過引入自然網路系統中的適應性特徵來改進軍事通信網路，可以使網路面對複雜環境具有強自組織、自適應能力。本文採用從流行病傳播理論發展而來的流言(Gossip)機製作為overlay拓撲組織和管理的主要手段，對overlay組播拓撲進行最佳化，增強其面對複雜環境的適應能力。通過分析，非結構化overlay網路和網路編碼相結合的方法更適合於完成軍事環境下overlay組播數據分發任務，本文對該方法中涉及的拓撲最佳化問題進行了闡述，選擇軍事套用背景下亟待解決的幾個關鍵環節進行了最佳化研究。 (1)基於自適應gossip機制的快速overlay拓撲收斂機制的研究。 採用gossip機制維護的非結構化overlay拓撲能夠隨著網路狀況的變化及時調整拓撲結構，根據不同的網路狀況收斂到不同的狀態。Overlay網路拓撲的收斂速度的快慢反映出overlay網路面對動態環境的適應程度，收斂速度越快，適應程度越好。本文通過分析overlay拓撲收斂過程中結點的行為特徵，分析了固定周期gossip報文交換的弊端，提出了一種自適應周期的gossip報文交換機制代替固定周期方式。該機制減少了報文交換中的盲目性，節省了網路資源和提高了數據交換的效率，從而允許部分結點在局部加快數據交換的頻率，最終提高overlay拓撲的收斂速度。 (2)自組織overlay拓撲演化中的連通性保證研究。 保證網路的連通性是overlay拓撲管理的一項重要任務。非結構化的overlay拓撲在網路狀況發生變化時，通過改變鄰居列表，達成與物理網路拓撲匹配的目的，使得overlay網路本身具有良好的靈活性。本文分析了基於gossip機制的overlay拓撲管理方法中overlay拓撲的演化過程，發現真實網路所具有的地域特徵和非結構化overlay拓撲的鄰居擇優策略，可能在overlay拓撲的演化過程中導致拓撲的連通性遭到破壞。通過分析網路連通性被破壞的主要機理，本文提出了一種能夠在拓撲演化的同時保證連通性的連線置換算法。而且，通過將各種單一的拓撲管理方法相結合，提出了多鄰居列表的非結構化網路成員管理方法，並基於連線置換算法，建立了一個多鄰居列表成員管理方法的實例C-MLMM，該方法能夠在保證網路拓撲演化速度的同時，保證網路拓撲的連通性。 (3)基於gossip機制的分散式網路編碼拓撲構建方法研究。 網路編碼組播方法能夠在動態環境中提供較多的結點容錯性支持。傳統的大多數網路編碼構造方法要么需要全局的拓撲知識，要么需要使用較多結點參與編碼，對結點的計算能力消耗巨大。軍事通信網路環境要求一種資源利用更為有效的分散式網路編碼構造方法。本文通過將網路編碼方案分解為幾個基本的數據“請求—回響”過程，總結出各種類型結點在構成網路編碼方案中所進行的典型行為，利用gossip機制的局部信息獲取能力，提出了一種以自組織方式構造網路編碼方案的分散式方法。該方法相對於隨機編碼方式，資源利用率更高。通過仿真，在取得相似網路吞吐量的前提下，該方法只使用了約10%的結點參與編碼。 (4)編碼超級結點的動態選擇和維護策略的研究。 網路編碼組播中的編碼結點需要付出額外的計算能力，通過動態地在網路中維護一定數量能力較強的超級結點，優先作為候選的編碼結點，可以避免編碼結點能力不足負載過量造成網路故障。本文通過研究用於編碼的超級結點存在的特殊性，使用gossip機製作為基本手段，提出了一種適用於網路編碼組播的動態超級結點選擇和維護策略。 (5)多個網路編碼組播組資源共享和競爭的相關問題分析。 軍事通信網路套用中包括了多種不同的網路服務，服務的共存導致了一部分資源共享和競爭的問題。本文分析了在網路編碼組播這種特定的套用模式下， overlay層次多服務共存的特殊性。為了共享不同組播組之間的資源，提出了基於服務無關性的統一overlay成員管理方法；對不同共享模式下的資源競爭，進行了博弈分析，分析發現：為了更好地促進資源的共享，有必要引入一定的網路信任機制。 總的說來，本文以複雜軍事環境下的大規模數據分發為套用背景，採用gossip機製作為網路拓撲組織和管理的基本手段，對軍事環境下overlay組播拓撲最佳化中亟待解決的幾個關鍵問題進行了研究，為增強軍事通信網路的數據獲取和分發能力奠定了良好的基礎。 主題詞：Overlay；組播；拓撲最佳化；Gossip；網路編碼；自組織；軍事通信網路；連通性；超級結
