CN103546327A - 一种建立基于jxta的混合式拓扑的网络管理模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于JXTA的混合式拓扑的未来互联网管理系统。本系统摒弃了基于SNMP管理者/代理模型，而是将测量信息作为一种感知服务，借鉴JXTA协议混合式双层网络，采用混合式拓扑的服务注册与发现机制组织网络中的感知服务信息。主干网络的路由算法摒弃JXTA的松散一致性哈希，改用Chord哈希算法，提高了感知信息的搜索效率，增强了系统可扩展性。能够更加适合未来互联网管理的需求。

Description

一种建立基于JXTA的混合式拓扑的网络管理模型的方法

技术领域

本发明涉及计算机网络技术，尤其涉及网络管理中感知信息的获取技术。

背景技术

在当前的互联网中，针对网络管理、网络安全等目标，需要对互联网实施各种网络性能测量，流量测量，故障监测等，同时也需要对网络中的应用业务进行感知测量。而且在未来网络中，当层出不穷的各种感知服务在未来网络中涌现的时候，也必将产生多源、异构、海量的感知服务信息。而面向未来网络的创新和应用的创新，如何高效地组织、管理和应用这些感知服务信息，如何快速发现和获取所需的感知服务信息，是必须解决的问题。

目前，现有互联网中针对网络管理应用开发的基于SNMP的管理者/代理模型，这种模型提供了两种从被管理设备中收集数据的方法：一种是只轮询（polling-only）的方法，另一种是基于中断（interrupt-based）的方法。其中只轮询方法，网络管理工作站总是在控制之下，但是这种方法存在信息的实时性的缺陷，尤其是错误的实时性。这就违背了积极主动的网络管理目的。基于中断的方法可以立即通知网络管理工作站。然而，这种方法也不是没有他的缺陷的，首先，产生错误或自陷需要系统资源。如果自陷必须转发大量的信息，那么被管理设备可能不得不消耗更多的时间和系统资源来产生自陷，从而影响了它执行主要的功能。

发明内容

本发明针对现有技术计算机网络管理系统中实时性差，消耗时间和系统资源产生自陷等缺陷，本发明提供一种混合式拓扑感知信息的注册与发现系统。采用混合式拓扑P2P系统，摒弃了单纯的集中式方法，克服了集中式系统的瓶颈问题，使得系统的扩展性大大提高。每个节点集服务提供者、服务请求者、注册中心于一体。对于需要共享的感知信息，只需将其描述信息以XML文档格式发布到网络中，感知服务请求节点采用关键字搜索方法，其节点间的路由为经典的Chord路由算法，具有较高的路由效率，避免了轮询与中断方法的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种建立基于对等网络(P2P)的标准JXTA的混合式拓扑网络管理模型包括如下步骤：

(1)每个用户通过指定种子节点或广播方式寻找网络中的节点，并通过指定种子节点的引导加入覆盖网络，分配得到节点ID；

(2)具有测量功能的节点，测量感知服务并进行服务描述，创建感知服务描述信息。服务描述包含：服务类别、服务名称、服务属性、服务提供者、服务介绍信息等；

(3)将感知服务描述信息转化为可扩展标记语言XML格式文档，并对该XML文档创建索引信息，并将XML文档存储于本地节点中。如果该本地节点为边缘节点，则将该XML服务描述信息的索引信息发布到与之相连的集合节点；如果该节点为集合节点，则将索引信息缓存于在本地；

(4)收到XML服务描述信息的集合节点根据XML文档的索引的哈希值采用Chord算法进行服务描述索引的推送，即选择大于或等于该哈希值的最小节点ID的集合节点进行服务描述索引信息的复制；

(5)当服务请求者请求感知服务时，如果服务请求者为边缘节点，则将服务请求递交给与之相连的集合节点，集合节点首先根据其输入关键字获取哈希值，查询存储该服务描述信息的索引信息的集合节点；

(6)集合节点找到存储该索引信息与相应节点ID映射信息的集合节点，该集合节点将服务提供者的信息通知给服务请求者，服务请求者与服务提供者直接通信，完成感知服务的调用。

本发明基于JXTA的混合式拓扑网络管理模型，摒弃集中式系统架构，采用混合式拓扑系统架构，适用于大规模的网络管理，提高了系统的可扩展性；系统实现方法为在物理网络之上创建一个P2P（对等网）覆盖网，因此不必考虑真实的物理网络；模型进行感知信息获取时采用关键字进行搜索，避免了轮询的实时性差的缺陷；模型具有自组织、自维护功能，不需要专人进行管理。

附图说明

图1感知信息注册与发现流程图；

图2模型总体示意图；

图3节点功能模块示意图；

图4节点加入过程；

图5感知服务发布过程；

图6感知服务发现过程。

具体实施方式

节点分为两类，集合点和普通节点，其中集合点负责存储、搜索感知服务通告，采用分布式分布式哈希表DHT算法组建覆盖网。普通节点与某个集合点连接，采用集中式管理方法,只对与之相连的集合点负责。每个用户通过种子节点或广播方式找到已经在网络中的节点，并通过该节点的引导加入网络，被分配一个节点ID。具有测量功能的节点，将测量得到的感知服务进行服务描述。创建感知服务描述信息。服务描述包含：服务类别、服务名称、服务属性、服务提供者、服务介绍信息等。将感知服务描述信息转化为XML格式的，如果该节点为边缘节点，则将该XML服务描述信息发布到与之相连的集合节点；如果该节点为集合节点，则存储在本地。收到XML服务描述信息的集合节点根据XML文档的索引的哈希值进行服务描述索引的推送，即选择大于或等于该哈希值的最小节点ID的集合节点进行服务描述索引信息的复制。当服务请求者请求所需感知服务时，首先系统根据其输入关键字获取哈希值，根据结构化分布式哈希表协议Chord算法查询存储该服务描述索引信息的集合节点。存储该索引信息的集合节点将服务提供者的信息通知给服务请求者，服务请求者与服务提供者直接通信，完成感知服务的调用。

以下结合附图对本发明的实施作详细描述。

图1所示为感知信息注册与发现流程图，包括如下步骤：

(1)节点加入覆盖网，节点可以根据提供的种子节点列表完成覆盖网加入过程，如果没有种子节点，则通过广播方式寻找种子节点。种子节点为新加入的节点创建指针表。即将要加入的节点启动一个初始化指针表的计时器任务，由该任务创建请求加入网络的消息发送给种子节点，收到此请求消息的种子节点接受新节点的请求，并发送一个确认消息；当新节点收到确认消息后，发送一个路由表请求给该种子节点。该种子节点为新节点创建路由表并发送给新节点；新节点收到路由表后发送一个确认消息，经过这个过程，该新节点加入了覆盖网，分配得到一个128位节点ID。如图4所示为节点加入覆盖网络过程。

(2)新加入的节点线程不断的修正指针表与Chord环，使指针表趋向于精确、Chord环趋向于稳定。其中，稳定环算法单元周期性检测本节点的后继节点是否依然有效，或者有新节点加入成为本节点的后继节点，如果检测到有更新，通知新的后继节点本节点是他的前驱节点；修正路由表Fix_Fingers算法单元周期性执行，从路由表中随机选取一个条目，根据其开始域对其调用查询后继节点Find-Successor，保持本地节点与远程节点路由表的一致性。检测前驱Check-Predecessor算法单元周期性的检测本地节点的前驱节点是否依然在线，如果前驱节点发生改变就对前驱节点进行更新。

(3)感知服务发布，将感知服务通告缓存于本地，如果本节点不是集合节点，将通告索引推送到与该节点相连的集合点，否则集合点对通告索引进行哈希计算，将索引信息存入节点索引列表，将索引信息复制到哈希值的后继节点。服务提供者对测量得到的感知信息进行服务描述，服务类、服务名称。服务信息描述、服务提供者信息等。如果服务提供者为边缘节点，则将服务描述发送给与之连接的集合节点。如果服务提供者为集合节点，则直接将服务描述存储本地。如图5所示为感知服务发布流程图。

(4)对收到服务描述的集合节点对服务描述的索引进行哈希计算获得哈希值，可将索引信息推送到适当的节点上。具体可选择大于或等于该哈希值的节点ID最小的集合节点进行服务描述索引信息的复制，完成感知服务的发布。

(5)感知服务发现过程，感知服务请求者根据想要得到的感知信息的关键字进行搜索，如果服务请求者为边缘节点，则将搜索请求、关键字发送给与之相连的集合节点。

(6)收到关键字的集合节点根据对关键字的哈希值可运用Chord算法找到存储该索引信息的集合点注册中心，该注册中心将感知服务提供者的信息交予感知服务请求者。

(7)感知服务请求者根据服务提供者的信息，完成感知服务的调用。

图6为感知服务发现过程，具体步骤为：

a.感知服务请求者根据想要得到的感知信息的关键字进行搜索，如果服务请求者为边缘节点，则将搜索请求、关键字发送给与之相连的集合节点。集合节点收到查询关键字后，检查自己的缓存中是否有符合要求的感知服务通告，如果有，发送通告给发起节点作为响应。否则，执行步骤b。

b.检查本地索引缓存中是否包含该感知服务通告的<adv,peer>（<通告，节点>）的索引。如果有，就将查询转发给目标节点，将查询结果发送给发起节点。如果没有，执行下一步：

c.计算给定关键字的哈希值，SID（服务标识）=Hash（关键字），得到SID，从本地节点的路由表中选择节点ID大于该SID值的最小的节点进行转发。收到查询的集合节点从本地节点路由表中也选择节点ID大于该SID的最小的节点进行转发，当查询到某一节点为该SID的后继节点后，查询终止，该后继节点接受查询。

d.如果在预定的路由跳数内没有找到符合要求的感知服务，分别向终止节点的前驱节点和后继节点进行洪递归泛转发查询。若仍然无匹配结果，则返回查询失败。

e.查询成功，将得到的结果发送给发起查询的节点。

图2为本发明集合节点的系统架构，其中，基于JXTA网络建立感知服务组管理器、组成员管理器、服务管理器、Chord查询管理器。

感知服务组管理器负责感知服务组的创建，例如某个地区想要创建一个该地区私有的感知信息发现组，则可以为组设置密码等身份验证信息。组内成员可以共享一些保密性的感知信息。

组成员管理器则可以验证想要加入该私有组的身份信息，新加入的节点通过感知服务组的搜索，并提交相应的身份验证信息，完成感知服务组的加入。

服务管理器负责该节点维护的所有的服务信息，注意，此处维护的不仅仅是自己发布的感知服务的索引信息，还包括其他节点注册在此节点上的感知信息索引。感知服务信息索引的存储采用JXTA索引的存储方式，即B+树结构存储。

Chord查询管理器提供Chord路由查询为服务发现提供查询路由算法。Chord算法为结构化DHT算法，其查询算法具有收敛性，Chord协议的开销随着系统规模(节点总数N)的增加而按照O(logN)的比例增加，使得本模型适用于大规模的系统。

感知服务描述栈提供为对感知服务描述信息，本模型采用的描述维度有：服务类、服务名称、服务属性信息、服务提供者等，这些维度共同构成了一个感知服务的“通告”。网络监控管理器为该集合节点的监控模块，可以监控与当前节点建立连接的其他的集合点和边缘节点视图，自己发布的服务的数目等信息。

本发明摒弃了JXTA的松散一致性哈希-共享资源混合式拓扑索引（SRDI）。因为SRDI的查询效率适用于网络规模小于100个节点的小型网络，因此不利于大规模的部署；感知服务发现架构中的集合点多事功能强大的服务器，因此在线时间长、稳定，适合结构化DHT算法的实现。而Chord为一种经典结构化DHT算法，查询过程的通信开销和节点维护的状态随着系统总节点数增加成对数关系(O(log N)数量级)。

Claims (7)

1.基于JXTA的混合式拓扑的网络管理模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：用户节点通过指定种子节点的引导加入覆盖网络，并得到分配的节点ID；具有测量功能的节点测量感知服务并进行服务描述，创建感知服务描述信息；将感知服务描述信息转化为可扩展标记语言XML文档，并对该XML文档创建索引信息，将XML文档存储于本地节点中；收到XML服务描述信息的集合节点根据XML文档索引的哈希值进行服务描述索引的推送；服务请求节点将感知服务请求及关键字递交给与之相连的集合节点，与之相连的集合节点根据服务请求节点输入的关键字获取哈希值，查询存储所请求的感知服务描述信息的索引信息对应的集合节点；该索引信息对应的集合节点将服务提供节点的信息通知给服务请求节点，建立服务请求节点与服务提供节点的直接通信，完成感知服务的调用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户节点加入覆盖网络具体包括：用户节点根据种子节点列表加入网络，如果没有种子节点，则通过广播方式寻找种子节点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果存储XML文档的本地节点为边缘节点，则将该XML服务描述信息的索引信息发布到与之相连的集合节点，如果为集合节点，则将索引信息缓存于本地。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行服务描述索引的推送具体为，选择大于或等于哈希值的节点ID最小的集合节点进行服务描述索引信息的复制。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，服务提供节点发布感知服务，将感知服务通告缓存于本地节点，如果本地节点不是集合节点，将通告索引推送到与该本地节点相连的集合节点，该集合节点对通告索引进行哈希运算，将索引信息存入节点索引列表，将索引信息复制到由哈希值确定的后继节点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，服务请求节点查询存储所请求的感知服务描述信息的索引信息对应的集合节点进一步包括：

a.如果服务请求者为边缘节点，则将搜索请求、关键字发送给与之相连的集合节点，集合节点检查自己的缓存中是否有符合要求的感知服务通告，如果有，发送通告给发起节点作为响应。否则，执行步骤b；

b.检查本地索引缓存中是否包含该感知服务通告索引，如果有，将查询转发给目标节点，查询结果发送给发起节点，如果没有，执行步骤c；

c.计算关键字的哈希值作为服务标识SID，从本地节点的路由表中选择节点ID大于该SID值的最小的节点进行转发，集合节点从本地节点路由表中也选择节点ID大于该SID的最小的节点进行转发，当查询到某一节点为该SID的后继节点后，查询终止，该后继节点接受查询；

d.如果在预定的路由跳数内没有找到符合要求的感知服务，分别向终止节点的前驱节点和后继节点进行洪递归泛转发查询。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，种子节点为用户节点创建指针表，为用户节点启动一个初始化指针表的计时器任务，该计时器任务创建请求加入网络的消息发送给种子节点，收到此请求消息的种子节点接受用户节点的请求，并发送一个确认消息；当用户节点收到确认消息后，发送一个路由表请求给该种子节点，该种子节点为用户节点创建路由表。

Images