對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中的相似查詢處理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、對(duì)等計(jì)算(peer-to-peercomputing,簡稱P2P)已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是完全自治的,擁有相同的責(zé)任,扮演著雙重角色一既可以是客戶機(jī)(服務(wù)消費(fèi)者),也可以是服務(wù)器(服務(wù)提供者),而且任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨意地加入或退出系統(tǒng)。因此,對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)是一個(gè)完全動(dòng)態(tài)的、沒有任何集中控制的分布式系統(tǒng)。對(duì)等計(jì)算模型具有許多潛在的優(yōu)勢,如擴(kuò)展性強(qiáng)、魯棒性好、資源可用性高等特點(diǎn),特別適用于具有地理分

2、布、資源異構(gòu)、擴(kuò)展性要求高、局部自治等特征的分布式系統(tǒng)。因而,對(duì)等計(jì)算模型推動(dòng)了“以主機(jī)為中心(host-centric)”的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)向“以數(shù)據(jù)為中心(data-centric)”的未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界公認(rèn)為是重構(gòu)基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。 雖然,學(xué)術(shù)界已經(jīng)取得了不少對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的查詢處理研究成果,但仍然存在著許多有待研究與解決問題。本文研究了對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的相似查詢問題,探索了對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的基于路由索引

3、、數(shù)據(jù)空間劃分、協(xié)作緩存和概率模型的相似查詢處理技術(shù),旨在為現(xiàn)有的對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)提供基于語義或者相似度的查詢處理功能。本文的主要貢獻(xiàn)有如下四個(gè)方面: 1.將多維數(shù)據(jù)空間中的相似查詢處理(similaritysear出)技術(shù)引入到無結(jié)構(gòu)(unstructured)對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中,利用近似向量(vectorapproximati0n)技術(shù)和路由索引(routingind似)技術(shù),為系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立基于近似向量的路由索引,使得用戶查

4、詢能夠準(zhǔn)確地路由到并且有效地查詢擁有相關(guān)數(shù)據(jù)資源的節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)無結(jié)構(gòu)對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中的相似查詢處理。另外,利用無結(jié)構(gòu)對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)自配置(self-reconfiguration)特性,通過動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置,使得與相似查詢相關(guān)的節(jié)點(diǎn)保持位置鄰近,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的查詢處理性能。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該方法對(duì)無結(jié)構(gòu)對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的相似查詢處理非常有效。 2.將數(shù)據(jù)空間劃分(spacepartitioning)技術(shù)引入到結(jié)構(gòu)化(

5、structured)對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)中,通過選定的代表點(diǎn)(referencepoint),將整個(gè)數(shù)據(jù)空間劃分成沒有任何重疊(overlap)的數(shù)據(jù)子空間。通過將代表點(diǎn)線性化,在節(jié)點(diǎn)、代表點(diǎn)和數(shù)據(jù)子空間三者之間建立起一一映射關(guān)系。利用傳統(tǒng)的高維索引技術(shù)和基于分布式散列表(distributedhashtable,或DHT)的資源查找和定位機(jī)制,使得高維數(shù)據(jù)空間中的相似查詢處理在結(jié)構(gòu)化對(duì)等計(jì)算系統(tǒng)上得以實(shí)現(xiàn)。此外,通過維護(hù)數(shù)據(jù)子空問之間的物理

6、鄰近(physicalproximity)特征,降低了系統(tǒng)的查詢路由代價(jià);通過調(diào)整數(shù)據(jù)子空間的粒度,達(dá)到均衡系統(tǒng)負(fù)載(10甜balance)的目的。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠有效地適應(yīng)數(shù)據(jù)維度的增長和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。 3.針對(duì)關(guān)系查詢處理,探索了基于協(xié)商(negotiation)的協(xié)作緩存技術(shù)(collaborativecaching),提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)傳輸代價(jià)的查詢代價(jià)模型,用于評(píng)價(jià)不同查詢計(jì)劃的執(zhí)行代價(jià)。在對(duì)等計(jì)算環(huán)境下,一

7、個(gè)查詢計(jì)劃的執(zhí)行代價(jià)可以被分解為子查詢計(jì)劃的執(zhí)行代價(jià)。結(jié)合代價(jià)模型,利用協(xié)調(diào)重疊網(wǎng)絡(luò)(collaborativeoverlapnetwork),通過查詢請求節(jié)點(diǎn)(requester)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(coordinator)之間的協(xié)商,確定協(xié)作緩存的邏輯查詢表達(dá)式和參與數(shù)據(jù)緩存的查詢請求節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的基于語義的查詢處理。仿真和真實(shí)實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠確定較優(yōu)的數(shù)據(jù)緩存放置策略,降低系統(tǒng)的查詢處理開銷。尤其是在單個(gè)節(jié)點(diǎn)僅能貢獻(xiàn)有限

8、的存儲(chǔ)資源的情況下,該方法的優(yōu)勢更為明顯。 4.針對(duì)基于主題(topic)的對(duì)等計(jì)算文件共享系統(tǒng),研究了一種基于概率的相似查詢處理技術(shù)。該技術(shù)的核心思想是利用概率模型(probabilisticmodeD描述共享主題之間的語義重疊度(overlap)以及節(jié)點(diǎn)對(duì)主題的信息覆蓋度(coverage),為節(jié)點(diǎn)建立起概率路由信息。相似查詢處理算法以每個(gè)節(jié)點(diǎn)已有的概率信息為基礎(chǔ),依據(jù)推導(dǎo)出的鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)查詢主題的覆蓋度,決定主題查詢的搜索路

9、徑。此外,利用查詢反饋的信息,通過更新路由查詢的節(jié)點(diǎn)上的概率信息,使得這些節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)閷淼闹黝}查詢選擇更準(zhǔn)確的查詢搜索路徑。模擬實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠利用基于自反饋的概率更新算法,逐步改善查詢處理的效果,提高查詢處理的效率。 總之,本文詳細(xì)地介紹了四種相似查詢處理方法的算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),以及測試結(jié)果。這些方法是對(duì)現(xiàn)有對(duì)等計(jì)算環(huán)境下的查詢處理技術(shù)的有益補(bǔ)充和改進(jìn)。本文的研究工作建立在對(duì)當(dāng)前已有技術(shù)的詳盡分析與理論研究,以及大量的實(shí)驗(yàn)測

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