專利名稱：自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)技術領域，尤指一種應用于互聯(lián)網(wǎng)中的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法。
背景技術：
Internet是一個計算機交互網(wǎng)絡，又稱網(wǎng)間網(wǎng)。它是一個全球性的巨大的計算機網(wǎng)絡體系，把全球數(shù)萬個計算機網(wǎng)絡，數(shù)千萬臺主機連接起來，包含了難以計數(shù)的信息資源，向全世界提供信息服務。自組織網(wǎng)絡技術則是NGN(下一代網(wǎng)絡)技術研究領域的一項熱點技術。在自組織網(wǎng)絡中，每個節(jié)點的活動無需人工干預，它們可以快速自動組網(wǎng)，在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改變時能夠快速恢復和重建網(wǎng)絡，圖1是網(wǎng)絡自組織過程的時間軸示意圖，網(wǎng)絡自組織過程分為網(wǎng)絡初始化狀態(tài)、穩(wěn)定狀態(tài)以及網(wǎng)絡動態(tài)變化狀態(tài)，其中網(wǎng)絡初始化狀態(tài)為網(wǎng)絡構(gòu)建和學習階段進行網(wǎng)絡初始化時的狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)則為網(wǎng)絡完成初始自組織階段的狀態(tài)，網(wǎng)絡動態(tài)變化狀態(tài)則為由于節(jié)點移動、節(jié)點或鏈路故障時網(wǎng)絡重組織的狀態(tài)?，F(xiàn)有自組織網(wǎng)絡一般基于無線移動網(wǎng)絡，例如MANET(Mobile Ad hoc Network，無線自組織網(wǎng)絡)，由于自組織網(wǎng)絡中不具備類似于Internet的基礎設施，因此現(xiàn)有自組織網(wǎng)絡的網(wǎng)絡構(gòu)建并沒有考慮網(wǎng)絡底層結(jié)構(gòu)，僅當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時啟動網(wǎng)絡重組織機制，目前尚沒有在互聯(lián)網(wǎng)中應用的成熟的自組織網(wǎng)絡技術方案。
另一方面，計算機對等互聯(lián)網(wǎng)技術也是目前國際計算機網(wǎng)絡技術領域的一個研究熱點。P2P(對等網(wǎng)絡系統(tǒng))系統(tǒng)飛速發(fā)展成為Internet中最重要的應用系統(tǒng)之一，當前P2P系統(tǒng)產(chǎn)生的網(wǎng)絡流量已經(jīng)超過HTTP訪問產(chǎn)生的網(wǎng)絡流量，成為占據(jù)Internet帶寬的首要應用。
目前應用的P2P網(wǎng)絡架構(gòu)有兩種典型的代表，基于集中式目錄結(jié)構(gòu)和基于分布式定位方法的對等網(wǎng)絡模型，它們分別以Napster和Gnutella為代表，在Napster模型中，一群高性能的中央服務器保存著網(wǎng)絡中所有活動對等機的地址信息及其共享資源的目錄信息。當需要查詢某個文件時，對等機會向一臺中央服務器發(fā)出文件查詢請求，中央服務器進行相應的檢索和查詢后，會返回符合查詢要求的對等機地址信息列表。該種模型因為依賴中央服務器而存在很多問題，其缺點主要表現(xiàn)如下中央服務器的癱瘓容易導致整個網(wǎng)絡的崩潰，可靠性和安全性較低。而且隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，對中央目錄服務器進行維護和更新的費用將急劇增加，所需成本過高。
另一種是以Gnutella模型為代表的基于分布式的對等網(wǎng)絡模型，克服了上述集中目錄結(jié)構(gòu)的對等網(wǎng)絡模型的缺點，在Gnutella模型中并沒有中央服務器，該模型中定位目標對等機或查詢共享信息，源對等機等通過與相鄰對等機之間的連接遍歷整個網(wǎng)絡體系。在搜尋數(shù)據(jù)時以擴散的方式將消息散布在網(wǎng)絡上，這會造成消息的泛濫，也使得系統(tǒng)的可擴展性無法提升。
為此，結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)(Structured Overlay Network，SON)路由協(xié)議如CAN、Chord、Pastry和Tapestry所提出的P2P算法則為改善P2P網(wǎng)絡的可擴展性而被提出。其改進主要在于利用雜湊(Hashing)的方式，將網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)和節(jié)點運算成一個鍵值(Key)，并按照網(wǎng)絡鍵值存放規(guī)則存放數(shù)據(jù)，也即將每個數(shù)據(jù)鍵值存放于哈西命名空間(Hash環(huán))上沿順時針方向第一個節(jié)點鍵值大于該數(shù)據(jù)鍵值的節(jié)點上，通過維護這種鍵值與節(jié)點的關系就可以有效完成數(shù)據(jù)的查找和維護，并通過將查詢消息路由到目標數(shù)據(jù)鍵值存放的節(jié)點來完成對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)資源的查找和定位。但由于這些P2P計算模式并沒有考慮互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的實際拓撲結(jié)構(gòu)，因而即使是實際拓撲結(jié)構(gòu)中鄰近的兩個節(jié)點卻有可能因為雜湊的結(jié)果，必須經(jīng)過很長的搜尋路徑才能取得數(shù)據(jù)，以Chord為例，網(wǎng)絡統(tǒng)計調(diào)查結(jié)果表明，該系統(tǒng)通過Hash算法進行節(jié)點IP地址到節(jié)點Id號(Identifier)的映射，導致了在Hash環(huán)中非常鄰近的兩個節(jié)點卻有可能在實際網(wǎng)絡拓撲中相距很遠；而在實際網(wǎng)絡中相距很遠的節(jié)點經(jīng)過Hash算法映射卻可能成為Hash環(huán)中非常鄰近的兩點。上述問題大大降低了P2P計算模式在實際網(wǎng)絡應用中的查詢效率和性能，例如導致物理距離非常鄰近的兩點，可能需要在Internet中繞一大圈才能夠彼此到達對方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種路由性能好、數(shù)據(jù)查詢效率高的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，以進一步改進現(xiàn)有自組織網(wǎng)絡的性能。
為解決上述問題，本發(fā)明的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，主要包括如下步驟a、根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡劃分成不同層次的自組織網(wǎng)絡組群；b、確定對應所述不同層次自組織網(wǎng)絡組群的相應聚集級數(shù)的聚集體，其中每一個聚集體對應一個邏輯命名空間的哈西環(huán)路；c、當網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)加入或退出自組織網(wǎng)絡時動態(tài)調(diào)整相應的哈西環(huán)路結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)網(wǎng)絡重組織。
其中，步驟a具體包括根據(jù)網(wǎng)絡實際規(guī)模大小和物理拓撲結(jié)構(gòu)確定自組織網(wǎng)絡組群層數(shù)；將物理距離較近的網(wǎng)絡節(jié)點劃分為同一個自組織網(wǎng)絡組群，并根據(jù)該網(wǎng)絡節(jié)點加入自組織網(wǎng)絡的先后順序以及物理位置確定該自組織網(wǎng)絡組群的分級代理；將相同層次的分級代理及其組群成員劃分為上一層組群的成員節(jié)點并確定相應層次的分級代理，若劃分到自組織網(wǎng)絡頂層組群并確定了相應頂層組群的分級代理則劃分結(jié)束，否則繼續(xù)劃分。
其中，步驟b具體包括b1、將每個分級代理及其組群成員確定為一個聚集體；b2、生成對應各聚集體的邏輯命名空間的哈西環(huán)路。
其中，步驟b2具體包括采用哈西算法將自組織網(wǎng)絡中各個網(wǎng)絡節(jié)點的標志映射成一個長度為M位的二進制序列NID，并將其唯一分配給該網(wǎng)絡節(jié)點，同樣對自組織網(wǎng)絡中需要存儲數(shù)據(jù)的標識進行哈西運算，將其映射成一個長度為M位的二進制序列KID；按照各個聚集體組成的網(wǎng)絡節(jié)點的NID生成相應的哈西環(huán)路。
其中，步驟c具體包括
c1、將對應各個聚集體的哈西環(huán)路設置為相應的全環(huán)域；c2、將所述全環(huán)域劃分為對應聚集體中各個網(wǎng)絡節(jié)點的私有環(huán)域；c3、根據(jù)聚集體的聚集級數(shù)以及各網(wǎng)絡節(jié)點的私有環(huán)域設置對應各個網(wǎng)絡節(jié)點的分級路由表；c4、當有網(wǎng)絡節(jié)點加入或退出自組織網(wǎng)絡時動態(tài)調(diào)整相應節(jié)點的私有環(huán)域以及分級路由表，并實現(xiàn)路由更新。
其中，步驟c4網(wǎng)絡節(jié)點加入自組織網(wǎng)絡具體包括系統(tǒng)隨機為新加入網(wǎng)絡節(jié)點M分配一個節(jié)點NID；新加入網(wǎng)絡節(jié)點M選擇歸屬分級代理HA作為其引導節(jié)點，并加入該分級代理HA的哈西環(huán)路；分級代理HA查找網(wǎng)絡節(jié)點M在哈西環(huán)路上的后繼節(jié)點S；該后繼節(jié)點S根據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點M的節(jié)點NID大小將本節(jié)點的私有環(huán)域劃分為兩個部分，保留網(wǎng)絡節(jié)點M到后續(xù)節(jié)點S之間的環(huán)域空間作為后續(xù)節(jié)點S的私有環(huán)域，并將后繼節(jié)點S的前繼節(jié)點P到網(wǎng)絡節(jié)點M之間的環(huán)域空間作為新加入網(wǎng)絡節(jié)點M的私有環(huán)域；網(wǎng)絡節(jié)點M通過其后繼節(jié)點S獲得其前繼節(jié)點P的信息，然后網(wǎng)絡節(jié)點M分別向P和S分別發(fā)送一個加入請求消息，S和P接收到消息后，將分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為M，而P則把自己的后繼更新為M；M通過其后繼節(jié)點S依次在哈西環(huán)路中查找自己的每個分級路由表表項對應的下一跳節(jié)點，實現(xiàn)對分級路由表的初始化；M的后繼節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的私有環(huán)域?qū)儆谛鹿?jié)點的數(shù)據(jù)鍵值轉(zhuǎn)移到新節(jié)點M；啟動路由更新過程，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的分級路由表。
其中，步驟c4網(wǎng)絡節(jié)點退出自組織網(wǎng)絡具體包括退出節(jié)點Q首先向其后繼節(jié)點S和前繼節(jié)點P發(fā)送一個離開請求消息，S和P接收到消息后，分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為Q的前繼節(jié)點P，而P則把自己的后繼更新為Q的后繼節(jié)點S；
節(jié)點S將更新自己的私有環(huán)域，將網(wǎng)絡節(jié)點Q的私有環(huán)域合并入本節(jié)點S的私有環(huán)域；節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的私有環(huán)域?qū)儆诠?jié)點Q的數(shù)據(jù)鍵值全部轉(zhuǎn)移到S；啟動路由更新過程，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的分級路由表。
其中，采用事件觸發(fā)式路由更新機制實現(xiàn)路由更新，由觸發(fā)源觸發(fā)網(wǎng)絡自動啟動路由維護和更新過程，節(jié)點加入和節(jié)點正常退出系統(tǒng)時，通過應用層程序向網(wǎng)絡中發(fā)送退出消息，該退出消息作為觸發(fā)源；當節(jié)點異常退出時，通過“發(fā)現(xiàn)-廣播”機制告知其它結(jié)點，并由該廣播消息充當觸發(fā)源。
另外，還包括在底層聚集體內(nèi)進行數(shù)據(jù)項備份，按照重復率大小，有選擇備份一部分跨越底層聚集的路由過程返回的數(shù)據(jù)項值，并按照網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鍵值存放規(guī)則將其存放在底層聚集體內(nèi)相應的歸屬節(jié)點上，在下一次查找相同數(shù)據(jù)鍵值時，在該歸屬節(jié)點所在的底層聚集體內(nèi)路由查詢。
另外，還包括增加前繼和后繼節(jié)點備份表，將哈西環(huán)路上最鄰近的R項節(jié)點NID大于本節(jié)點的節(jié)點作為后繼節(jié)點備份，而R項NID小于本節(jié)點的節(jié)點作為前繼節(jié)點備份，當本節(jié)點的后繼節(jié)點崩潰時，則使用后繼節(jié)點備份表中保存的第二后繼作為自己臨時的后繼節(jié)點以保持哈西環(huán)路的完整；同樣，當本節(jié)點前繼節(jié)點突然崩潰時，則使用鄰接表中保存的第二前繼作為自己臨時的前繼節(jié)點以保持哈西環(huán)路的完整。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡劃分成不同層次的自組織網(wǎng)絡組群，然后確定對應所述不同層次自組織網(wǎng)絡組群的邏輯命名空間的哈西環(huán)路，進而通過動態(tài)調(diào)整所述哈西環(huán)路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)加入或退出自組織網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡的動態(tài)網(wǎng)絡自組織過程，由于基于互聯(lián)網(wǎng)底層物理拓撲結(jié)構(gòu)建立并實現(xiàn)了用于數(shù)據(jù)保存和路由查詢的哈西環(huán)路，可充分利用節(jié)點的網(wǎng)絡鄰近性和網(wǎng)絡局域性特性，使網(wǎng)絡的路由性能更好，數(shù)據(jù)查詢效率更高；2、進一步，本發(fā)明通過使用基于分級路由表的雜湊式路由算法，繼承了結(jié)構(gòu)化P2P算法網(wǎng)絡路由協(xié)議的所有優(yōu)點，解決了目前主流P2P系統(tǒng)(如Napster、Gnutella)可擴展性低的問題，并創(chuàng)造性地將P2P網(wǎng)絡技術應用于自組織網(wǎng)絡構(gòu)建和路由技術領域，從而保證了自組織網(wǎng)絡的可擴展性。


圖1是現(xiàn)有技術網(wǎng)絡自組織過程的時間軸示意圖；圖2是本發(fā)明自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法采用的網(wǎng)絡拓撲層樹型體系結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法采用的DHT網(wǎng)絡查詢層體系結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法采用的網(wǎng)絡拓撲層組群劃分過程示意圖；圖5是本發(fā)明自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法采用的分級路由表結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法中只有一層聚集的具體實施例示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實現(xiàn)的自組織網(wǎng)絡是一個基于兩級不同架構(gòu)覆蓋層(Overlay)的統(tǒng)一實體。本發(fā)明中分別定義這兩級覆蓋層分別為網(wǎng)絡拓撲層(NetworkTopology Layer，NTL)和網(wǎng)絡查詢層(Network Discovery Layer，NDL)。其中，網(wǎng)絡拓撲層(NTL)主要實現(xiàn)基于網(wǎng)絡物理拓撲的聚集群體(Cluster)劃分和樹型體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建功能；網(wǎng)絡查詢層(NDL)主要實現(xiàn)基于DHT(分級路由表)算法的對等點路由和定位功能，下面分別進行說明。
(1).網(wǎng)絡拓撲層(NTL)本發(fā)明中網(wǎng)絡拓撲層主要包括兩個基本組件全局注冊服務器和分級代理。
全局注冊服務器(Global Register Server，GRS)GRS的功能類似DNS(Domain Name System，域名系統(tǒng))根服務器，是一個全局數(shù)據(jù)庫，主要負責存儲和維護不同等級HA的IP地址；分級代理(Hierarchical Agent，HA)HA充當每一個聚集群體(Cluster)的核心，本發(fā)明采用的是完全分布式和自組織結(jié)構(gòu)，HA主要功能在于為新加入節(jié)點初始化路由表提供導向作用。
本發(fā)明實現(xiàn)的自組織網(wǎng)絡可根據(jù)網(wǎng)絡實際規(guī)模大小和物理拓撲結(jié)構(gòu)劃分為不同等級的自組織網(wǎng)絡組群，在自組織網(wǎng)絡的每一級中都有大量HA，每個HA本身也是網(wǎng)絡中的一個普通對等點(或稱為節(jié)點)，它們可能位于世界的不同位置，在本發(fā)明提出的網(wǎng)絡模型中，物理距離較近的對等點將被歸并成組(即一個自組織網(wǎng)絡組群)并連接至第一級的分級代理(HA Level1，簡稱HA1)，由其統(tǒng)一管理，其中所述分級代理可由普通節(jié)點基于其加入網(wǎng)絡的先后順序及其物理位置進而決定是否升級成為一個分級代理；相同的原理，物理距離較近的HA1將被歸并成組并連接至第二級的分級代理(HA Level2，簡稱HA2)，由其統(tǒng)一管理，分級代理的確定與上述相同，依此類推，直到頂級分級代理及其管理的組群劃分完畢。
參考圖2，圖2示意了一種三個等級的NTL樹型體系結(jié)構(gòu)，第一級的HA1下聚集有多個對等機，在第二層的HA2下分別聚集有多個HA1及其聚集的對等機，同樣，在第三層的HA3下聚集有三個HA2及其聚集的對等機。
下面舉例說明NTL層組群劃分過程，參見圖4本發(fā)明組群劃分過程的示意圖，主要包括如下步驟A1、網(wǎng)絡中所有的HA向GRS發(fā)送注冊消息(Register Message)，進行身份注冊；B1、當一個新節(jié)點希望加入網(wǎng)絡時，首先要與網(wǎng)絡中的一個已知成員節(jié)點聯(lián)系，并獲取該節(jié)點地址信息，該節(jié)點將充當新加入節(jié)點的引導節(jié)點(Bootstrap Node)；C1、新節(jié)點計算到Bootstrap節(jié)點的物理網(wǎng)絡距離，最簡單的方法可以使用Ping消息。如果計算的物理距離小于系統(tǒng)設定的門限值(Threshold)，則新節(jié)點將通過向Bootstrap節(jié)點的歸屬HA發(fā)送消息加入到Bootstrap節(jié)點所處的聚集群體中，組群劃分過程結(jié)束；否則，進入D1；D1、新節(jié)點將從全局服務器GRS中獲取所有第一級分級代理HAi(i＝1)的地址信息，并分別計算到每個HAi的物理網(wǎng)絡距離。如果計算的物理網(wǎng)絡距離小于系統(tǒng)設定的門限值T(T是系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)具體網(wǎng)絡大小設置)，則新節(jié)點將加入到該HAi下屬的聚集群體中，組群劃分過程結(jié)束；否則，進入E1；E1、新節(jié)點將從全局服務器GRS中獲取當前測量HAi的上一級分級代理HA(i+1)的地址信息，并分別計算到每個HA(i+1)的物理網(wǎng)絡距離。如果計算的物理網(wǎng)絡距離小于系統(tǒng)設定的門限值T，則新節(jié)點將加入到該HA(i+1)下屬的聚集群體中，并自動成為其下一級分級代理HAi，并在GRS中進行注冊，組群劃分過程結(jié)束；否則，重復E過程，直到加入某一級HA或者到達頂級HA為止(即i＝H-1，H為NTL樹型結(jié)構(gòu)的高度)。
(2).網(wǎng)絡查詢層(NDL)本發(fā)明中網(wǎng)絡查詢層主要建立在網(wǎng)絡拓撲層(NTL)基礎上，系統(tǒng)將通過建立網(wǎng)絡查詢層(NDL)來實現(xiàn)對消息的路由，在NDL中定義了聚集級別(Cluster Level)，NTL層的每個HA及其下屬對等點將被劃分為NDL層的一個聚集，該聚集的層次對應于該HA的級別，例如，某個HA1及其所有子節(jié)點將構(gòu)成一個CL_0級聚集(Cluster Level0)，而某個HA2及其所有子節(jié)點將構(gòu)成一個CL_1級聚集(Cluster Level1)，依此類推。聚集級別的具體定義如下第n級聚集(Cluster Levelk，簡稱CLk)對應自組織網(wǎng)絡中的不同等級聚集群體。其中，每個HA1下的子對等機將組成一個第零級聚集群體(ClusterLevel0，CL0)；所有的HA1將組成一個第一級聚集群體(Cluster Level1，CL1)，依此類推。
全聚集(Full Cluster，簡稱FC)對應自組織網(wǎng)絡中的所有節(jié)點。
對應上述的聚集體，本發(fā)明按照分布式哈西算法生成對應各聚集體的邏輯命名空間的哈西環(huán)路，這樣根據(jù)前面所述的自組織網(wǎng)絡分級的方法，假設當前NTL樹型結(jié)構(gòu)高度為H，則可采用下述流程在NDL中進行查詢A2、對于CLi中的一個節(jié)點，它發(fā)起的查詢將首先在CLi內(nèi)的Hash環(huán)中進行，如果找到目的節(jié)點和相應的數(shù)據(jù)鍵值Key，則返回響應消息給源節(jié)點，查詢過程結(jié)束，否則進入B2。
B2、該節(jié)點將把查詢擴展到其歸屬HAi所屬的第(i+1)級聚集CL(i+1)內(nèi)進行，如果找到目的節(jié)點和相應的數(shù)據(jù)鍵值Key，則返回響應消息給源節(jié)點，查詢過程結(jié)束，否則進入C2。
C2、如果尚未到達全聚集FC(即i＜(H-1))，則將i加1后返回B，查詢過程結(jié)束，否則返回查詢失敗。
下面以具體實施例說明如何建立NDL網(wǎng)絡查詢層。
本實施例采用基于Consistent Hashing的分布式哈西算法將網(wǎng)絡中每個節(jié)點的標志(如IP地址、域名等)映射成一個長度為M位(bit)的二進制序列NID，并將其唯一分配給該節(jié)點；對系統(tǒng)中需要存儲數(shù)據(jù)的標識(文件名、ObjectId等)進行哈西運算，將其映射成一個長度為M位(bit)的二進制序列KID(Key Id)，其中M值大小需要滿足N≤2M(假設網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)為N)。這樣節(jié)點的NID將用來指定該節(jié)點在Hash環(huán)中的位置。當節(jié)點第一次加入自組織網(wǎng)絡時，系統(tǒng)將隨機地為其分配一個NID，NID取值范圍為0～2M-1。每個NID對應一個用0、1字符串來表示的二進制序列，各個節(jié)點的NID所對應的數(shù)值是互不相同的，對于一個總長度為M的NID，它所對應的數(shù)值為valueof(NID)=ΣΓ=1MNIDi×2Γ---(1)]]>這樣，對于上述劃分的聚集體，將按照各個聚集體組成的網(wǎng)絡節(jié)點的NID生成相應的哈西環(huán)路。
在本路由算法中還引入了全環(huán)域(Global Ring Zone，GRZ)和私有環(huán)域(Individual Ring Zone，IRZ)的概念。全環(huán)域(GRZ)是
.start)第K個路由表項所覆蓋環(huán)域空間起始位置，其中HRTEntry[K].start＝(n+2k-1)mod2M1≤K≤M(3)環(huán)域空間范圍(Next Hop Ring Interval，NRI)路由表項K所覆蓋的環(huán)域空間范圍大小，其中NRI[k]＝[HRTEntry[K].start，HRTEntry[K+1].start)1≤K≤M(4)下一跳節(jié)點私有環(huán)域空間(Next Hop IRZ，NIRZ)在環(huán)域空間范圍NRI內(nèi)沿順時針方向第一個活動節(jié)點G的私有環(huán)域空間，即G滿足HRTEntry[K].start∈IRZ(G)1≤K≤M (5)分級路由表(HRT)的基本內(nèi)容有當前拓撲層聚集級數(shù)(CCL)，第K項路由環(huán)域起點(HRTEntry[K].start)、下一跳節(jié)點私有環(huán)域空間(NIRZ)，其中，K為路由表序號，分級路由表的結(jié)構(gòu)參見圖5所示。
上述在自組織網(wǎng)絡中引入私有環(huán)域的目的是，采取大小可以動態(tài)變化的路由表與采取固定大小的路由表相比更加靈活一些，當節(jié)點加入時所采用的隨機函數(shù)所產(chǎn)生的隨機數(shù)分布足夠均勻時，節(jié)點可以根據(jù)它的IRZ大小來估計系統(tǒng)中節(jié)點的總數(shù)目，理論上其IRZ大小與系統(tǒng)中總的節(jié)點數(shù)目成線性反比關系，即當網(wǎng)絡中節(jié)點IRZ分配足夠均勻時，系統(tǒng)節(jié)點總數(shù)N＝O(GRZ/IRZ)。另外，在查詢目標節(jié)點時，查詢過程直接通過比較KID值和目標節(jié)點IRZ的范圍就可以有效地判斷目標節(jié)點是否到達，從而簡化了查詢過程，下面以具體實施例進行說明。
參考圖6，圖6是一個只有一級聚集的自組織網(wǎng)絡，該自組織網(wǎng)絡中構(gòu)成NDL層的Hash環(huán)路包括4個節(jié)點A、B、C以及D，其中節(jié)點B在第一級聚集下的路由表如表一所示表一

節(jié)點D在第一級聚集下的路由表如表二所示表二

如果節(jié)點B發(fā)起對KID＝001的數(shù)據(jù)鍵值查詢，因為001∈[HRTEntry[3].start，HRTEntry[1].start]，即[111,100](注該區(qū)域是循環(huán)的)，所以直接定位到節(jié)點D，由于IRZ(D)＝(100,000)，B可以判斷該數(shù)據(jù)鍵值并不在節(jié)點D上，因此需要繼續(xù)查詢D的分級路由表；根據(jù)D的分級路由表，因為001∈[HRTEntry[1].start，HRTEntry[2].start]，即
，查詢過程將繼續(xù)定位到節(jié)點A，由于節(jié)點A的IRZ＝(000,001)，則B通過比較KID和IRZ可以發(fā)現(xiàn)KID∈IRZ(D)，因此可以直接判斷節(jié)點A即為目標節(jié)點，而無需將消息繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。
當網(wǎng)絡規(guī)模擴大時，由于節(jié)點個數(shù)增加，分級路由表的一跳可能跨越最多達2M/2個節(jié)點，因而通過比較IRZ和KID關系可以直接判斷當前節(jié)點是否目標節(jié)點以及是否需要將查詢消息繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而極大提高查詢效率。
對于一個具有N個節(jié)點的系統(tǒng)，其各個節(jié)點的IRZ之間滿足下面的關系IRZ1∪IRZ2∪IRZ3...∪IRZN＝GRZIRZi|IRZj＝φi≠j，1≤i，j≤N (2)網(wǎng)絡中所有節(jié)點通過其私有環(huán)域空間IRZ的連接構(gòu)成全環(huán)域GRZ。采用這種簡單的節(jié)點鄰接關系，每個節(jié)點僅需保存其后繼節(jié)點信息，節(jié)點之間的通信可以通過向后繼節(jié)點進行消息前遞的方式實現(xiàn)。這種消息前遞方法雖然簡單，但效率卻非常低，因為網(wǎng)絡中的兩個節(jié)點為了找到對方需要經(jīng)過O(N)跳(N為網(wǎng)絡中節(jié)點個數(shù))，最壞情況下源節(jié)點可能需要將消息繞環(huán)傳遞一圈才能到達目的節(jié)點。正是基于這個原因，為了加速查詢過程和提高查詢效率，本發(fā)明為每個節(jié)點引入了分級路由表HRT，下面將本發(fā)明采用的路由發(fā)現(xiàn)過程描述如下A3、當某節(jié)點M需要發(fā)起一次路由查詢(或接收到經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)的路由消息)時，它將首先檢查(或提取消息中的)查詢數(shù)據(jù)鍵值D，并將數(shù)據(jù)鍵值D與本節(jié)點的私有環(huán)域空間(IRZ)相比較，如果D∈IRZ，則路由發(fā)現(xiàn)過程終止，M構(gòu)造并返回應答消息；如果 ，則進入B3；B3、節(jié)點M將按照分級路由表(HRT)聚集級數(shù)大小，逐級查詢數(shù)據(jù)鍵值D，在每一級HRT中，M將查詢數(shù)據(jù)鍵值D依次與分級路由表項進行比較，尋找下一跳節(jié)點私有環(huán)域空間(NIRZ)包含數(shù)據(jù)鍵值D的路由表項并將分組轉(zhuǎn)發(fā)至相應下一跳節(jié)點，消息的每次傳遞都將在路由表項中選擇NIRZ與數(shù)據(jù)鍵值D最接近的路由表項所對應的下一跳節(jié)點，并將消息發(fā)送給該節(jié)點，該節(jié)點接收到消息后同樣根據(jù)上述規(guī)則繼續(xù)進行前遞；如果在當前級別HRT的路由查詢失敗，則進入高一級的HRT，依此類推。
C3、如果路由發(fā)現(xiàn)過程已到達最高級HRT(即CCL＝H-1)，并且仍然未查詢到包含查詢數(shù)據(jù)鍵值D的目標節(jié)點，則路由發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束，并返回查詢失敗消息。
下面對節(jié)點的動態(tài)加入和退出自組織網(wǎng)絡的過程進行描述。
為了支持自組織網(wǎng)絡特性，本發(fā)明實現(xiàn)的自組織網(wǎng)絡還必須能夠支持節(jié)點隨時動態(tài)進入和退出系統(tǒng)。由于采用雜湊算法為自組織網(wǎng)絡中每個節(jié)點分配一個唯一標識NID，并劃分其私有環(huán)域空間(IRZ)。當一個新節(jié)點要加入系統(tǒng)時，系統(tǒng)將通過分割Hash環(huán)域上某個成員節(jié)點的IRZ來為該節(jié)點分配一個新的IRZ當一個節(jié)點要退出系統(tǒng)時，系統(tǒng)將把該節(jié)點的IRZ與系統(tǒng)某個成員節(jié)點合并以回收該環(huán)域空間。
下面先介紹實現(xiàn)節(jié)點動態(tài)加入自組織網(wǎng)絡的過程，流程如下
A4、新節(jié)點M首先按照上述組群劃分選擇其歸屬HA；B4、M選擇系統(tǒng)中的一個成員節(jié)點H作為其引導節(jié)點(Bootstrap Node)，在本系統(tǒng)中，默認情況下M將選取其歸屬HA作為引導節(jié)點。由于本發(fā)明中Hash環(huán)采用的是順時針方向查詢機制，因此節(jié)點M將通過引導節(jié)點H查找到其在Hash環(huán)上的后繼節(jié)點S(S＝Successor(M))，該后繼節(jié)點S則根據(jù)M的NID大小將自己的IRZ((NID(S.Predecessor)，NID(S)))劃分為兩個部分，保留(NID(M)，NID(S))所在的那一部分環(huán)域作為本節(jié)點的私有環(huán)域，然后將另一部分(NID(S.Predecessor)，NID(M))環(huán)域作為新加入節(jié)點M的IRZ。
C4、M通過其后繼節(jié)點S獲得其前繼節(jié)點P(P＝Predecessor(S))的信息。然后M分別向P和S發(fā)送一個加入請求消息，S和P接收到消息后，將分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為M，而P則把自己的后繼更新為M，這樣，Hash環(huán)的完整性得到了保證。
D4、M通過其后繼節(jié)點S依次在Hash環(huán)中查找自己的每個分級路由表表項(HRTEntry)對應得下一跳節(jié)點，實現(xiàn)對分級路由表(HRT)的初始化。
E4、M的后繼節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的IRZ將應屬于新節(jié)點的數(shù)據(jù)鍵值Key轉(zhuǎn)移到新節(jié)點M。
F4、系統(tǒng)啟動路由更新(Route Update)過程(后文將詳細描述)，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的路由表(HRT)，使其能適應網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的變化，并使整個網(wǎng)絡重新收斂。
另外，針對自組織網(wǎng)絡的高度動態(tài)特性，本發(fā)明的自組織網(wǎng)絡還必須支持節(jié)點的動態(tài)離開。一個節(jié)點正常退出自組織網(wǎng)絡的具體過程描述如下A5、節(jié)點Q首先向其后繼節(jié)點S和前繼節(jié)點P發(fā)送一個離開請求消息，S和P接收到消息后，將分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為Q的前繼(節(jié)點P)，而P則把自己的后繼更新為Q的后繼(節(jié)點S)。至此，Hash環(huán)的完整性得到了保證。
B5、節(jié)點S將更新自己的IRZ，即對節(jié)點Q的IRZ進行合并，合并前Q的IRZ為(NID(P)，NID(Q))，S的IRZ為(NID(Q)，NID(S))，合并完畢后，S的IRZ將變?yōu)?NID(P)，NID(S))。
C5、節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的IRZ將屬于節(jié)點Q的數(shù)據(jù)鍵值Key全部轉(zhuǎn)移到S。
D5、系統(tǒng)啟動路由更新過程，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的分級路由表(HRT)，使其能適應網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的變化，并使整個網(wǎng)絡重新收斂。
下面說明如何實現(xiàn)路由更新。
對于自組織網(wǎng)絡而言，路由更新機制是路由算法啟動的一種自動恢復機制，其主要功能是在網(wǎng)絡中由于某些節(jié)點加入或退出等原因?qū)е戮W(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，更新系統(tǒng)中所有關聯(lián)節(jié)點的分級路由表(HRT)，使其能適應網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的變化，并使整個網(wǎng)絡迅速重新收斂。目前常用的路由更新機制通常采用的是事件觸發(fā)式、周期式以及兩者相結(jié)合的路由更新方式。對于大規(guī)模網(wǎng)絡而言，周期性路由更新機制需要花費較高代價(如帶寬、電源、CPU處理能力等)以使得路由表能跟得上當前網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化，但動態(tài)變化的拓撲結(jié)構(gòu)又可能使高代價獲得的路由表內(nèi)容變成無效信息，尤其是在網(wǎng)絡拓撲高速變化時，整個系統(tǒng)將始終處于不收斂狀態(tài)。雖然這種方式直接保證了維護開銷正比于路由表大小，但是只有在路由表不大時才可行，一旦路由表達到一定規(guī)模，其開銷將無法承受。(例如，對于含10,000個表項的路由表，若每50秒探測一次，則每秒需發(fā)送200個消息)。因此，考慮到自組織網(wǎng)絡的高度動態(tài)特性，本發(fā)明采用事件觸發(fā)式路由更新機制。就路由更新觸發(fā)源而言，節(jié)點加入和節(jié)點正常退出系統(tǒng)(如用戶正常關閉P2P程序)時，該節(jié)點會通過應用層程序向網(wǎng)絡中相關節(jié)點發(fā)送退出消息，該退出消息就是觸發(fā)源；而當節(jié)點在沒有任何先兆情況下異常退出(如節(jié)點掉線或死機等)時，系統(tǒng)一般通過“發(fā)現(xiàn)-廣播”機制告知其它結(jié)點，這時該廣播消息就充當觸發(fā)源。針對節(jié)點無先兆的異常退出，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點必須定期向其前繼節(jié)點發(fā)送KeepAlive消息以探測該節(jié)點是否存活，一旦發(fā)現(xiàn)前繼節(jié)點異常退出，則由該異常退出節(jié)點的后繼節(jié)點啟動路由更新過程。
下面以新節(jié)點加入系統(tǒng)的路由更新過程進行說明A6、路由更新過程由事件觸發(fā)，由新加入節(jié)點M發(fā)起，更新過程將采取回溯(retrieval)的方式，即從當前觸發(fā)節(jié)點M出發(fā)，沿Hash環(huán)逆時針方向進行逐次更新，并按照分級路由表表項(HRTEntry)的次序i依次發(fā)現(xiàn)和更新關聯(lián)節(jié)點，每次回溯的間隔為2i-1，i＝1，2..M。
B6、對于新節(jié)點加入觸發(fā)的路由更新過程，回溯到第i個節(jié)點時，將查找該節(jié)點的第i個路由表項對應的下一跳節(jié)點NID值，如果當前NID值大于新加入節(jié)點的NID，則用NID(M)替換當前表項值，進入C，否則繼續(xù)回溯第i+1跳節(jié)點。
C6、回溯當前更新節(jié)點的前繼節(jié)點，并查找該節(jié)點的第i個表項對應的下一跳節(jié)點NID值，如果當前NID值大于新加入節(jié)點的NID，則用NID(M)替換當前表項值，繼續(xù)回溯上一個前繼節(jié)點，否則回溯第i+1跳節(jié)點直到當i＝M時，路由更新過程結(jié)束。
另外節(jié)點退出系統(tǒng)的路由更新過程和節(jié)點加入系統(tǒng)的路由更新過程基本相似，不同有兩點(1)節(jié)點退出系統(tǒng)的路由更新過程是由退出節(jié)點Q或退出節(jié)點的后繼節(jié)點S(S＝Successor(Q))發(fā)起；(2)節(jié)點退出觸發(fā)的路由更新過程也采用回溯的方法更新其他節(jié)點的路由表，但回溯過程中，僅查找回溯節(jié)點路由表項對應的下一跳NID值是否為退出節(jié)點的NID，即NID(Q)，若是，則用退出節(jié)點的后繼替換當前表項值。
為使本發(fā)明的自組織網(wǎng)絡更路由更快捷，還采取進一步的路由優(yōu)化措施，具體描述如下A.數(shù)據(jù)項備份機制(Data Item Replication)本發(fā)明提出組群劃分和層次化結(jié)構(gòu)的目的是為了充分考慮節(jié)點網(wǎng)絡鄰近性特征(Network Proximity Character)，希望通過組群劃分的方法將物理距離較近的節(jié)點歸為一組，以確保網(wǎng)絡中鄰近節(jié)點間的路由過程都在組群內(nèi)部完成，從而避免了Chord等路由協(xié)議存在的繞路(Detouring)問題，降低了系統(tǒng)路由時間開銷并減少了發(fā)送消息數(shù)量。
但在實際網(wǎng)絡中，仍然有很多跨越組群的路由事件發(fā)生。假設存在一個3級分級網(wǎng)絡W，CL1是某大學校園局域網(wǎng)網(wǎng)(LAN)，CL2是該大學所處城域網(wǎng)(MAN)，CL3是城市所處更高級廣域網(wǎng)絡(WAN)，雖然在CL1級校園網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生消息通信的比例非常大，但仍然有相當比例的消息路由必須通過CL2級網(wǎng)絡甚至CL3級網(wǎng)絡。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，特定子網(wǎng)下數(shù)據(jù)查詢過程的重復率非常高，這是因為網(wǎng)絡中存在一些訪問率高的熱門節(jié)點和熱點信息。就本發(fā)明采用的路由模型本身而言，如果CL1級聚集下節(jié)點每次查詢同一個鍵值都需要進入到CL2級甚至CL3級Hash環(huán)域，則必將造成較大的路由時間開銷。
針對這個問題，為降低節(jié)點重復跨級路由過程造成的時間開銷，可在底層聚集(即CL1級環(huán)域)內(nèi)進行數(shù)據(jù)項備份的機制，其基本技術措施就是按照重復率大小，有選擇備份一部分跨越CL1級路由過程返回的數(shù)據(jù)項值(DataItem)，并按照系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)鍵值存放規(guī)則將其存放在CL1聚集下相應的歸屬節(jié)點上。這樣，在下一次查找相同的數(shù)據(jù)鍵值時，路由過程就可以在CL1級聚集內(nèi)完成，而不需要進入到更高一級的網(wǎng)絡查詢層，從而大大提高了路由效率。需要說明的是，雖然通過數(shù)據(jù)項備份機制來提高路由效率是建立在增加節(jié)點存儲開銷基礎上，但事實上系統(tǒng)在CL1集節(jié)點上備份的數(shù)據(jù)項并不是實際數(shù)據(jù)對象，而僅僅是對應某數(shù)據(jù)對象存儲地址的一個數(shù)據(jù)項值(DataItem)，即查詢的數(shù)據(jù)鍵值以及目標節(jié)點的IP地址，因此不會對節(jié)點增加過多的存儲開銷。
B.環(huán)路保持機制(Hash Ring Preserving)對于基于DHT的分布式路由協(xié)議，如何在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時保持Hash環(huán)路完整性是一個很關鍵的問題。Hash環(huán)路完整性是確保整個網(wǎng)絡路由發(fā)現(xiàn)和路由維護過程正常進行的必要條件，環(huán)路的不完整將會導致網(wǎng)絡處于不收斂狀態(tài)。雖然本系統(tǒng)提供了針對網(wǎng)絡拓撲變化的路由更新機制，但在動態(tài)自組織網(wǎng)絡中，節(jié)點的頻繁加入或退出仍有可能導致在系統(tǒng)路由更新尚未完成就發(fā)生了數(shù)據(jù)鍵值查詢操作，而Hash環(huán)路的不完整將造成查詢中斷或失敗。
針對這個問題，本發(fā)明引入了環(huán)路保持機制，采取的技術措施主要是增加前繼和后繼節(jié)點備份表，將Hash環(huán)上最鄰近的R項NID大于本節(jié)點的節(jié)點作為后繼節(jié)點備份，而R項NID小于本節(jié)點的節(jié)點作為前繼節(jié)點備份，并設定R＝O(logN)。一旦本節(jié)點的后繼節(jié)點崩潰，就立即使用后繼節(jié)點備份表中保存的第二后繼(第二個NID大于本節(jié)點的節(jié)點)作為自己臨時的后繼節(jié)點，以保持Hash環(huán)路的完整；同樣，當本節(jié)點前繼節(jié)點突然崩潰，則使用鄰接表中保存的第二前繼(第二個NID小于本節(jié)點的節(jié)點)作為自己臨時的前繼節(jié)點，以保持Hash環(huán)路的完整。因此在本系統(tǒng)中，僅當節(jié)點備份表中對應的R項備份前繼和后繼節(jié)點同時崩潰時，Hash環(huán)路才可能出現(xiàn)中斷的情況，而這種幾率是非常小的，假設每個備份節(jié)點崩潰的概率為1/2，則P(R個備份節(jié)點同時崩潰)＝O(1/N)。
綜上，本發(fā)明主要特點在于結(jié)合自組織網(wǎng)絡技術和P2P技術。在自組織網(wǎng)絡中的每個用戶節(jié)點都兼?zhèn)洫毩⒙酚珊椭鳈C功能，不存在一個網(wǎng)絡中心控制點，用戶節(jié)點之間的地位是平等的，因此自組織網(wǎng)絡本身就具有對等架構(gòu)特性，另一方面，自組織網(wǎng)絡的網(wǎng)絡路由協(xié)議通常采用分布式控制方式，具有很強的魯棒性和抗毀性。因此，通過使用P2P計算模式在Internet物理拓撲基礎上建立一個稱為P2P覆蓋層網(wǎng)絡的虛擬拓撲結(jié)構(gòu)，可以有效地建立起一個基于Internet的自組織網(wǎng)絡，并具有以下優(yōu)點保證網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)資源的可獲取性，即只要數(shù)據(jù)資源存在于網(wǎng)絡中，就一定可以被找到；將網(wǎng)絡資源查詢復雜度控制為O(logN)；有效實現(xiàn)網(wǎng)絡負載均衡，即網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)鍵值以接近平均的方式被分配到網(wǎng)絡節(jié)點上，從而使得各個節(jié)點均衡分擔網(wǎng)絡通信和存儲負擔；有效支持自組織網(wǎng)絡特性，即支持節(jié)點動態(tài)加入和退出網(wǎng)絡；當節(jié)點故障或掉線時，P2P覆蓋層網(wǎng)絡將啟動自動恢復機制，使網(wǎng)絡重新收斂。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟a、根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡劃分成不同層次的自組織網(wǎng)絡組群；b、確定對應所述不同層次自組織網(wǎng)絡組群的相應聚集級數(shù)的聚集體，其中每一個聚集體對應一個邏輯命名空間的哈西環(huán)路；c、當網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)加入或退出自組織網(wǎng)絡時動態(tài)調(diào)整相應的哈西環(huán)路結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)網(wǎng)絡重組織。
2.根據(jù)權利要求1所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟a具體包括根據(jù)網(wǎng)絡實際規(guī)模大小和物理拓撲結(jié)構(gòu)確定自組織網(wǎng)絡組群層數(shù)；將物理距離較近的網(wǎng)絡節(jié)點劃分為同一個自組織網(wǎng)絡組群，并根據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點加入自組織網(wǎng)絡的先后順序以及物理位置確定該自組織網(wǎng)絡組群的分級代理；將相同層次的分級代理及其組群成員劃分為上一層組群的成員節(jié)點并確定相應層次的分級代理，若劃分到自組織網(wǎng)絡頂層組群并確定了相應頂層組群的分級代理則劃分結(jié)束，否則繼續(xù)劃分。
3.根據(jù)權利要求2所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟b具體包括b1、將每個分級代理及其組群成員確定為一個聚集體；b2、生成對應各聚集體的邏輯命名空間的哈西環(huán)路。
4.根據(jù)權利要求3所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟b2具體包括采用哈西算法將自組織網(wǎng)絡中各個網(wǎng)絡節(jié)點的標志映射成一個長度為M位的二進制序列NID，并將其唯一分配給該網(wǎng)絡節(jié)點，同樣對自組織網(wǎng)絡中需要存儲數(shù)據(jù)的標識進行哈西運算，將其映射成一個長度為M位的二進制序列KID；按照各個聚集體組成的網(wǎng)絡節(jié)點的NID生成相應的哈西環(huán)路。
5.根據(jù)權利要求1所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟c具體包括c1、將對應各個聚集體的哈西環(huán)路設置為相應的全環(huán)域；c2、將所述全環(huán)域劃分為對應聚集體中各個網(wǎng)絡節(jié)點的私有環(huán)域；c3、根據(jù)聚集體的聚集級數(shù)以及各網(wǎng)絡節(jié)點的私有環(huán)域設置對應各個網(wǎng)絡節(jié)點的分級路由表；c4、當有網(wǎng)絡節(jié)點加入或退出自組織網(wǎng)絡時動態(tài)調(diào)整相應節(jié)點的私有環(huán)域以及分級路由表，并實現(xiàn)路由更新。
6.根據(jù)權利要求5所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟c4網(wǎng)絡節(jié)點加入自組織網(wǎng)絡具體包括系統(tǒng)隨機為新加入網(wǎng)絡節(jié)點M分配一個節(jié)點NID；新加入網(wǎng)絡節(jié)點M選擇歸屬分級代理HA作為其引導節(jié)點，并加入該分級代理HA的哈西環(huán)路；分級代理HA查找網(wǎng)絡節(jié)點M在哈西環(huán)路上的后繼節(jié)點S；該后繼節(jié)點S根據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點M的節(jié)點NID大小將本節(jié)點的私有環(huán)域劃分為兩個部分，保留網(wǎng)絡節(jié)點M到后續(xù)節(jié)點S之間的環(huán)域空間作為后續(xù)節(jié)點S的私有環(huán)域，并將后繼節(jié)點S的前繼節(jié)點P到網(wǎng)絡節(jié)點M之間的環(huán)域空間作為新加入網(wǎng)絡節(jié)點M的私有環(huán)域；網(wǎng)絡節(jié)點M通過其后繼節(jié)點S獲得其前繼節(jié)點P的信息，然后網(wǎng)絡節(jié)點M分別向P和S分別發(fā)送一個加入請求消息，S和P接收到消息后，將分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為M，而P則把自己的后繼更新為M；M通過其后繼節(jié)點S依次在哈西環(huán)路中查找自己的每個分級路由表表項對應的下一跳節(jié)點，實現(xiàn)對分級路由表的初始化；M的后繼節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的私有環(huán)域?qū)儆谛鹿?jié)點的數(shù)據(jù)鍵值轉(zhuǎn)移到新節(jié)點M；啟動路由更新過程，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的分級路由表。
7.根據(jù)權利要求5所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟c4網(wǎng)絡節(jié)點退出自組織網(wǎng)絡具體包括退出節(jié)點Q首先向其后繼節(jié)點S和前繼節(jié)點P發(fā)送一個離開請求消息，S和P接收到消息后，分別更新自己的前繼和后繼節(jié)點，其中，S將自己的前繼更新為Q的前繼節(jié)點P，而P則把自己的后繼更新為Q的后繼節(jié)點S；節(jié)點S將更新自己的私有環(huán)域，將網(wǎng)絡節(jié)點Q的私有環(huán)域合并入本節(jié)點S的私有環(huán)域；節(jié)點S將根據(jù)重新劃分的私有環(huán)域?qū)儆诠?jié)點Q的數(shù)據(jù)鍵值全部轉(zhuǎn)移到S；啟動路由更新過程，更新系統(tǒng)中所有其它節(jié)點的分級路由表。
8.根據(jù)權利要求5、6或7任一項所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，采用事件觸發(fā)式路由更新機制實現(xiàn)路由更新，由觸發(fā)源觸發(fā)網(wǎng)絡自動啟動路由維護和更新過程，節(jié)點加入和節(jié)點正常退出系統(tǒng)時，通過應用層程序向網(wǎng)絡中發(fā)送退出消息，該退出消息作為觸發(fā)源；當節(jié)點異常退出時，通過“發(fā)現(xiàn)-廣播”機制告知其它結(jié)點，并由該廣播消息充當觸發(fā)源。
9.根據(jù)權利要求1所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，還包括在底層聚集體內(nèi)進行數(shù)據(jù)項備份，按照重復率大小，有選擇備份一部分跨越底層聚集的路由過程返回的數(shù)據(jù)項值，并按照網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鍵值存放規(guī)則將其存放在底層聚集體內(nèi)相應的歸屬節(jié)點上，在下一次查找相同數(shù)據(jù)鍵值時，在該歸屬節(jié)點所在的底層聚集體內(nèi)路由查詢。
10.根據(jù)權利要求8所述的自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，其特征在于，還包括增加前繼和后繼節(jié)點備份表，將哈西環(huán)路上最鄰近的R項節(jié)點NID大于本節(jié)點的節(jié)點作為后繼節(jié)點備份，而R項NID小于本節(jié)點的節(jié)點作為前繼節(jié)點備份，當本節(jié)點的后繼節(jié)點崩潰時，則使用后繼節(jié)點備份表中保存的第二后繼作為自己臨時的后繼節(jié)點以保持哈西環(huán)路的完整；同樣，當本節(jié)點前繼節(jié)點突然崩潰時，則使用鄰接表中保存的第二前繼作為自己臨時的前繼節(jié)點以保持哈西環(huán)路的完整。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自組織網(wǎng)絡的實現(xiàn)方法，主要包括如下步驟根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡劃分成不同層次的自組織網(wǎng)絡組群；確定對應所述不同層次自組織網(wǎng)絡組群的相應聚集級數(shù)的聚集體，其中每一個聚集體對應一個邏輯命名空間的哈西環(huán)路；當網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)加入或退出自組織網(wǎng)絡時動態(tài)調(diào)整相應的哈西環(huán)路結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)網(wǎng)絡重組織。本發(fā)明由于基于互聯(lián)網(wǎng)底層物理拓撲結(jié)構(gòu)建立并實現(xiàn)了用于數(shù)據(jù)保存和路由查詢的哈西環(huán)路，可充分利用節(jié)點的網(wǎng)絡鄰近性和網(wǎng)絡局域性特性，使網(wǎng)絡的路由性能更好，數(shù)據(jù)查詢效率更高；通過使用基于DHT的雜湊式路由算法，繼承了結(jié)構(gòu)化P2P覆蓋層網(wǎng)絡路由協(xié)議的所有優(yōu)點，保證了網(wǎng)絡的可擴展性。
文檔編號H04L12/28GK1691619SQ20041003735
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權日2004年4月27日
發(fā)明者黃建華, 李祖鵬, 郭云飛 申請人:國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術研究中心