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1、利用P2P组建WIFI移动共享网络第一章 绪论1.1 研究背景近年来，对等网络(Peer to Peer:Network，简称P2P)因其具有大规模数据共享、并行计算以及协同合作等能力，并有自适应性、自组织性、可扩展性、鲁棒性、容错性以及负载均衡性等优点，从而在学术界和工业界得到了迅速的发展和广泛的应用。P2P目前已成为互联网的主要应用之一，许多文献纷纷表明P2P文件共享系统在固定Internet网络上所产生的流量己经超过了http和emall的流量，可达主干网流量的60%。另据我国电信运营商的统计，P2P数据流量白天占总流量的35%一60%，晚上甚至高达50%一90%。另一方面，随着蓝牙、W
2、IFi、WIMax以及卫星通信等无线通信技术和互联网、数据库、分布式计算等各领域的发展，移动计算技术也得到了迅猛的发展，从而大大地扩展了计算设备的通信功能如:智能手机和笔记本电脑，并逐步解决了不同网络的接入和无缝计算问题，提供随时随地能够交换和处理信息的能力随着移动无线网络运营成本以及移动终端设备价格的下降、使用范围的普及，基于移动通信网络的应用正广泛地进入到我们的日常生活中。据英国广播公司(BBC)报道称，联合国有关机构调查显示，在2014年底，世界上移动通信设备用户总数将会超过世界总人口数。另外，不需任何基础设施就能快速部署，几乎不用任何管理中心支持的移动自组网(MANET)，作为基于基础
3、设施的网络的一个重要补充也开始闪亮登场。可以说，我们正在进入一个无处不在的移动计算时代。P2P覆盖网络以及移动计算这两大技术的发展及应用的普及就为在移动环境下构建P2P覆盖网络，满足人们“随时随地，移动共享”的P2P应用需求提供了极大的可能，也为在不存在基础设施或基础设施已被破坏的一些特殊环境内实现P2P资源共享带来了希望，比如为在海洋上漂泊的船员!在高空翱翔的乘客以及在战场作战的战士们提供了P2P资源共享的可能。移动计算将给P2P应用提供一个新的平台，而P2P技术也将进一步促进移动计算技术的发展，给移动通信网络注入了新的生机和活力。因此，可以预见在移动环境下实现P2P覆盖网络将具有重大的研究
4、意义和广阔的应用前景。然而，P2P技术和移动计算技术的结合并非是浑然天成的机械式组合，而需要系统地兼并考虑各自的技术特点及其带来的影响。比如，移动环境的特殊性将可能给P2P构建带来这几个问题:高度动态性、带宽有限性、连接的不可靠性以及移动设备的能力受限性等。而这些特性都将可能给构建移动P2P网络带来诸多的挑战，包括移动环境下的P2P网络的高效资源定位与获取、网络安全以及如何适应一些具体的应用场景等问题，这些问题都有待我们深入研究和解决。第二章 P2P网络简介2.1 P2P网络特点PZP打破了传统的client/server(C/S)模式，在网络中的每个节点的地位都是对等的。每个节点既充当服务器
5、，为其他节点提供服务，同时也享用其他节点提供的服务。P2P与C/S模式的对比如图1.1所示图1.1 C/S模式与P2P模式的比较P2P相应地具有如下特点：l 非中心化。网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，均衡网络负载；l 可扩展性较好。在P2P网络中，用户数量越大，系统整体的资源和服务能力越强，始终能较容易地满足用户的需要；l 健壮性。P2P架构具有高度抗攻击!高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其它部分的影响较小；l 较高的性价比。性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散
6、布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所有节点上利用其中闲置的计算能力或存储空间,达到高性能计算和海量存储的目的通过利用网络中的大量空闲资源,可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力;l 隐私保护在PZP网络中,由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个集中环节,用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小这一点也是手机上信息服务选择PZP的原因之一；l 负载均衡PZP网络环境中每个节点既是服务器又是客户机,减少了对传统C/S结构服务器计算能力!存储能力的要求,同时因为资源分布在多个节点,更好的实现了整个网络的负载均衡。2.2 P2P网络的分类首先根据P2P发展的不同阶段及相应的体系
7、结构将其分为:第一代集中式P2P网络!第二代分布式P2P网络和第三代混合式PZP网络,如图2.1所示图2.1 P2P体系结构分类集中式PZP有利于网络资源的快速检索,并且只要服务器能力足够强大就可以无限扩展,但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击;分布式PZP解决了抗攻击问题,但是又缺乏快速搜索和可扩展性混合式PZP结合了集中式和分布式PZP的优点,在设计思想和处理能力上都得到了进一步的优化它在分布式模式的基础上,将用户节点按能力进行分类,使某些节点担任特殊的任务其拓扑结构如前面的图1.2右图所示这些节点共分为3种l 用户节点:普通节点,它不具有任何特殊的功能l 搜索节点:处理搜索请求,从它们的
8、“孩子”节点中搜索文件列表,这些节点必须有较大的网络带宽,需要高性能的处理器l 索引节点:连接速度快!内存充足的节点可以作为索引节点索引节点用于保存可利用的搜索节点信息,并搜集状态信息,维护网络结构信息.一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。用户节点可以选择几个搜索节点作为它的“父”节点,如果父节点接受该用户节点作为它的“孩子”的话,那么该用户节点就可以提交其所要共享的列表给它的“父”节点。搜索节点可以维护多个“孩子”节点。在第三代PZP的软件体系结构中,采用了这种混合式PZP结构。这种模式的关键之一是引入了索引节点,索引节点不会直接连接到有版权的资料上,它就像搜索引擎一样,只是搜索和所需资料
9、相关的地址,至于用户到底连接下载了什么内容则和它无关这种模式的关键之二是引入搜索节点,搜索节点管理着所属用户的文件列表用户节点通过索引节点获得搜索节点信息,之后用户节点就与获得的搜索节点相连,每一次查询都通过该搜索节点进行当用户发出搜索请求后,如果和用户节点直接相连的搜索节点查询结果达到200个(这里的200个搜索结果,可以由用户自己来设定)就停止;如果不足200个,就向相邻的搜索节点发出请求,如果查询结果还不够,就继续向外快速发散, 直到所有的搜索节点都被搜索到为止若所有的搜索节点都被访问过,就意味着整个网络上的节点都被搜索到了,其速度要比纯PZP模式快得多混合式结构也是一个层次式结构,超级
10、点之间构成一个高速转发层,超级节点和所负责的普通节点构成若干层次最典型的案例就是Kazaa结合了Napster和Gnutella共同的优点。从结构上来说,它使用了Gnutella的全分布式的结构,具有良好的可扩展性它自动选举性能好的机器成为超点,超级节点存储着离它最近的叶子节点的文件信息超级节点之间形成一个覆盖网络由于超级节点具有索引功能,搜索效率大大提高混合式结构的优点是性能!可扩展性较好,较容易管理,但普通节点对超级节点依赖性大,容错性受到一定影响。第三章 移动自组织网络3.1自组织网络概述移动自组织(Ad Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOH
11、A网络和之后于1973提出的PR(Packet Radio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到PR网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。移动自组织网络。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端
12、，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构
13、成了一种无线多跳网络。网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。3.2自组织网络特点移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要特点有：l 网络拓扑结构动态变化在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信
14、道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。l 自组织无中心网络移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。l 多跳网络由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。值得注意的是，与一般网络中的多跳不同，无线自组网中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完成的。l 无线传输带宽有限无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生
15、的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小于理论值。l 移动终端的局限性自组织网络中的移动终端(如笔记本电脑、手机等)具有灵巧、轻便、移动性好等优点，但同时其电源有限、内存小、CPU性能低等限制，使得我们在开发应用程序时，需要考虑这些因素。第四章 组建WIFI移动共享网络一块区域一个服务器通过自组织网络，形成一定规模的网络覆盖每个路由器共享一定的带宽在移动中选择信号最好的AP，满了的话重新选择每个ssid都是统一区域的前缀，由服务器分配通过p2p技术，实现对用户的认证，计费，提供服务和对提供AP的机主提供回报每台无线路由目前的性能是最多连接16台左右。如果说20m带宽分割出5m带宽共享，最极端情况每台至少能分到30kb每秒的速率，能满足刷微博，看图片等需求。
