混合的P2P结构

混合的P2P结构（精选11篇）

混合的P2P结构 第1篇

传统的数据处理系统大多基于客户端/服务器模式 (C/S模式) , 这种处理系统因传统网络结构自身的弊端而表现出以下问题:

(1) 系统瓶颈问题严重且难以解决

服务器承担着响应客户端请求, 数据处理, 返回数据结果, 数据存储等几乎所有工作。在长期的使用过程中, 服务器一旦崩溃那整个系统就陷入瘫痪状态, 服务器无形中成为系统的瓶颈。

(2) 处理效率低, 设备有效利用率差

传统的C/S模式处理系统所有处理工作都在服务器上, 当过多用户同时提交大数据量的处理请求时, 服务器只能按照请求的先后顺序或者优先权的高低排队处理, 忙碌无比, 再好的服务器效率也会降到甚至不如普通PC的性能。而如今的客户端PC性能都非常的好了, 却只能久久地等待处理结果别无它法, 这样就白白地浪费了计算机资源。

(3) 系统可扩展性及稳定性差

C/S模式处理系统因服务器的负载能力有限, 系统扩展有一定难度。有时为了扩展系统只能再花高价钱购买昂贵的服务器, 从单服务器变成双服务器, 三服务器甚至服务器组来满足更多任务需求。很显然, 这种系统的稳定性是比较差的, 问题更容易发生在核心服务器单元, 一旦故障发生, 整个处理系统瘫痪并且处理了一半的工作全部作废。

如上所述, 传统的客户端/服务器网络模式的数据处理系统存在诸多问题, 这些问题激发人们对新型网络架构的思考。P2P网络的出现及大量应用给人们的思考带来了新的解决问题的方法, 因为它是一种与传统网络架构截然不同的网络结构。在近几年里, P2P迅速成为计算机界关注的热门话题之一, 有着很好的前景, 财富杂志更将P2P列为影响Internet未来的四项科技之一。

1 P 2P网络综述

1.1 P 2P网络定义

对于P2P确切定义, 目前在学术界、工业界仍没有一个统一的定义, 比较容易理解的一种定义是:P2P是一种分布式网络, 网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源 (处理能力、存贮能力、网络连接能力、打印机等) , 这些共享资源需要由网络提供服务和内容, 能被其它对等结点 (Peer) 直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源 (服务和内容) 的提供者 (Server) , 又是资源 (服务和内容) 的获取者 (Client) 。P2P的核心思想是所有参与系统的结点 (指互联网上的某个计算机) 处于完全对等的地位, 没有客户机和服务器之分, 也可以说每个结点既是客户机, 也是服务器;既向别人提供服务, 也享受来自别人的服务[1]。

1.2 P 2P网络的分类

P2P网络从不同的角度有多种分类方式。从计算机系统角度来看, P2P网络所处的位置和分类如图1所示。

1.2.1 纯P2P

所有Peer结点都具有同等的责任和地位, 不存在中间协调的结点或者中心服务器结点。当前成熟的产品如FreeNet、Gnutella都属于纯P2P结构[2]。

1.2.2 混合P2P

存在充当服务器角色的Peer结点或者提供特殊功能的Super-Peer结点, 这些结点保存其它Peer结点的基本状态和存储内容源信息, 协助完成对其它结点的记录、查询等工作。Napster、Groove、Magi等系统均是典型的混合型P2P结构。

1.3P2P网络的特点

从P2P网络的定义我们可看出P2P网络的特点主要集中在以下几个方面 (只介绍几个与本文相关的) [3]。

1.3.1 非中心化

网络中信息传输和服务的实现主要在所有结点之间进行, 无需中间环节和服务器的介入, 避免了可能的瓶颈。

1.3.2 可扩展性

结点加入的同时, 系统整体的资源和服务也在同步扩充, 不存在瓶颈。理论上其扩展性几乎可以认为是无限的。

1.3.3 健壮性

因服务是分散在各个结点之间进行的, 部分结点遭到破坏对其它结点影响很小。网络拓扑结构自身会根据带宽、结点数、负载等变化不断地做自适应的调整。

1.3.4 高性价比

可以有效利用本拓扑网络中大量普通结点将计算、处理、存储等任务合理地分配到所有闲置的结点。这样可以用更低的成本提供更高的处理能力。

1.3.5 负载均衡

资源与任务处理主要发生在各个结点上, 很好地实现了整个网络的负载均衡。

1.3.6 协同工作

所有结点之间均等, 可协同工作, 如协同计算等。

2数据处理系统总体设计

系统设计的总体思路就是在P2P网络平台的基础之上, 设计一个数据处理系统, 该系统可以单独地在某个企业或部门的内部局域网内使用, 也可以在异地分公司等跨地区的广域网上使用。

2.1系统总体网络结构设计

本系统的总体网络拓扑图如图2。整个网络拓扑结构由三部分组成, 外网1和外网2表示不同广域网中的两个任意请求数据处理的机构, 本地局域网就是数据处理系统的核心, 外网与本地网络由边界路由器连接。说明:① 系统主要由主、备服务器, 数据库系统, 交换机, 数据处理机群 (P2P网络结点) , 外网设备等几部分组成。② 拓扑图中只给出了核心的系统设备, 是实际网络的简化;③ 此系统既适用于本地局域网也适用于广域网;④ 图2中的主、备服务器完全可以由性能稍好些的PC充当, 图中用服务器图标只是为了形象化;⑤ 网络中所用到的交换机、路由器、防火墙等都必须支持点对点传输[4]。

2.2核心处理机构网络结构设计

网络拓扑图如下图3。整个处理机构的网络结构不是传统的客户机/服务器的模式, 而是混合P2P网络结构模式。所有结点都和服务器通过交换机相连, 服务器是作为特殊功能使用的Super-Peer结点, 负责管理所有处理机资源, 任务的接收和分配, 整个处理机构机群资源的调配等工作。每个结点就是处理单元, 所有结点可以自由通信, 在接到服务器分配的任务后负责对数据按照作业文件进行处理, 并按照作业文件说明, 把数据处理结果通过网络返回给数据处理请求机构。

2.3对数据处理流程的简单描述:

如果某研究所在全国范围内有多家技术合作单位, 应用本系统做数据处理, 其流程简单描述如下:① 数据处理请求:外网或内网中某机构通过以太网发出数据处理请求到主 (备) 服务器, 并给服务器提交作业任务单, 任务单包括任务详情, 数据源地址和发起机构的IP等信息;② 任务分配:主 (备) 服务器根据当前整个处理机构可用资源的情况, 把任务分配给闲置或者处理任务较少的处理结点, 并把任务单中的主要信息也发给该处理结点, 有时候根据任务的大小及处理机构资源的闲置情况需要把任务分块分别由几个处理结点协作完成。③ 下载源数据:对于由单个结点完成的处理任务, 由该结点直接和请求方联系 (既应答数据处理请求) 并直接远程下载源数据到本机;对于多个结点协同完成的任务, 服务器会让参与任务的某一个或者几个 (根据任务大小而定) 结点作为“主结点”去下载源数据, 其余参与的结点再从主结点处本地下载即可, 这正是P2P网络的优势所在, 类似于P2P软件BT、Maze的功能[5];④ 数据处理:下载到源数据后并根据服务器分配给自己的作业处理任务书按照要求对数据进行处理;⑤ 处理结果返回:数据处理完成后, 单一结点任务则直接根据任务书中提供的请求者IP将处理结果返回;多结点协同任务则由所有主结点直接和处理请求者联系, 将处理结果返回;⑥ 数据结果备份:把数据处理结果提交给请求者后, 为了以后再使用, 必须把处理结果存入本系统数据库系统中保存或备份。说明:① 并不是网络上的任意一个结点都能提出数据处理请求, 必须是核心处理机构管理服务器授权过的机构才可以;② 整个系统中的请求和应答必须用专门的通信软件实现;③ 作业任务单就是一种数据处理双方约定的协议和方法;④ 从整个系统来看, 本地局域网的处理速度会比广域网快很多;

3系统测试与性能评价

在企业内部局域网中, 以视频数据格式转换为处理任务, 对本系统和传统客户机/服务器模式的数据处理系统做了简单的比较。

3.1实验环境

PC机:P43.0G;

网络类型:企业内部局域网;

P2P网络平台协议及应用软件:JXTA, 飞信, 自编通信软件, 视频格式转换软件

实验内容:视频数据格式转换;

数据库系统:基于SQL的数据管理系统。

3.2实验结果对比

实验结果对比如表1。表中数据表示:新系统用时与传统系统用时之比值。对大数据量的任务做了分割, 由多个结点共同处理完成。因实际试验环境所限无法模拟两者在多任务处理时的性能对比情况, 只对两者在处理速度方面做了比较。

从网络结构及实验分析结果我们可以看出, 基于混合P2P网络的数据处理系统具有处理速度快、系统稳定无瓶颈、适用范围广等优点。同时, 本系统结构也存在一些缺点, 如P2P网络当前仍没有一个统一的应用平台以及协议标准, 自己开发相关的P2P软件有一定的难度, 建议使用比较成熟的JXTA协议标准[6];

4总结

本文通过对传统数据处理技术不足之处的总结, 对P2P网络基本概念、特点、分类的介绍, 提出一种新型的基于混合模式P2P网络的数据处理系统, 并给出了系统的总体网络拓扑结构图和核心处理机构网络拓扑图。并对系统拓扑图以及数据处理的整个流程做了简单的介绍, 最后在局域网中对新旧数据处理系统在性能方面做了实验对比, 并总结了新系统的优缺点。在将来实际应用中, 新系统如何做到整个处理过程尤其是远程网络数据的安全性, 保密性也是需要考虑的问题。

参考文献

[1]张文, 赵子铭.P2P网络技术原理与C++开发案例.北京:人民邮电出版社, 2008

[2]刘超.基于gnutella协议的P2P网络资源定位方法研究.哈尔滨;哈尔滨工程大学硕士论文.2006;05—06

[3]罗杰文.Peer to Peer (P2P) 综述.北京:中科院计算技术研究所, 2005

[4]杨天路, 刘宇宏.P2P技术原理与网络开发案例.北京:人民邮电出版社, 2007

[5]郑纬民.对等计算研究概论.中国计算机学会通讯, 2006;12:11—13

P2P网络结构及应用前景研究 第2篇

关键词：P2P；网络结构；应用

中图分类号：TP393.08文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 16-0000-01

P2P Network Architecture and Application Prospects Research

Sun Pu,Fan Yuming

(Linyi Xincheng Jinluo Meat Products Co. Ltd,Linyi276002,China)

Abstract:P2P technology gradually becomes a research focus in recent years,it not only brings convenience to the users,but aslo effectively integrates the potential resources on internet.What’s more,It turns the Web-based Internet into a dynamic information base.This paper described the characteristics of P2P networks,and then evaluated each model of P2P technology.Finally,it described several major applications of P2P.

P2P一、P2P的概念阐述

P2P的英文全称是PEER TO PEER，即对等联网。P2P也就是要求用户共享他们所拥有的一部分硬件资源，这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能够被其他对等点（Peer）直接访问从而真正消除中间商。换句话说，P2P的最大特点就在于使得网络沟通变得容易、资源共享和交互变得更为直接。

二、P2P的分类阐述

目前的P2P网络结构主要划分为三种：集中式、结构化P2P网络和非结构花化的P2P网络。下面本文将分别阐述和评析。

（一）集中结构，也称纯粹的P2P结构，是最早出现的P2P应用模式，它具有中心化的特点。集中式结构一般是由目录服务器来保存节点的资源和地址信息，同时进行P2P网络维护和调度。其典型代表就是用于共享MP3音乐文件的Napster。它先对用户的指令进行快速查找然后返回适当的目的节点。真正的文件传输是在节点之间直接进行。与传统的C/S模式相比，集中式有着明显的有点，分析表如下：

如上表所示，集中结构模式非常简单，也比较容易管理和控制，也在一定程度上提高了文件共享效率。但是集中式结构也存在很多问题。集中式P2P网络的目录服务器容易成为整个系统的瓶颈，而且还可能引发法律纠纷。

（二）结构化P2P。结构化P2P模型也被称作纯P2P模型或广播式P2P模型。与集中结构相比，结构化P2P结构模型的节点调度和资源信息不再由集中式的目录服务器存储和管理，而是分散开来，由节点自己保存，然后采用分布式的索引查找策略。Gnutella模型是典型的非结构化的P2P结构。它没有索引服务器，采用了基于完全随机图的洪泛发现和随机转发机制。

如上表所示，在非结构化P2P网络中，节点的调度和资源信息不再由集中式的目录服务器存储和管理，而是分散到网络中由节点自己保存，并采用分布式的索引查找策略。

（三）混合式结构。混合式模型引入了超级节点（Super Node）的概念，吸取了中心化结构和全分布式非结构化拓扑的优点。其对拓扑结构有很严格的控制。近些年来，混合式结构引起了研究人员的广泛重视，出现了许多具有代表性的混合式结构的P2P网络，最典型的代表就是KaZaa。它很好地结合Napster和Gnutella优点于一身。结构上，它使用了Gnutella的全分布式的结构，这样可以达到系统更好的扩展的目的，由于SuperNode的索引功能，搜索效率大大提高。混合式结构仍然有其自身的缺陷，因为它对于超级节点依赖性大，易于受到攻击，容错性也会受到影响。

三、P2P的应用分析

P2P的应用领域很广泛：对等计算、计算能力的交互共享、协同工作、分布存储等。

（一）文件共享和交换。P2P实现文件共享的主要目的是全面实现数据和资源的共享，使用者可以直接从任意一台计算机上检索、共享文件资源，而不是从中央服务器。加入对等网络的结点除了可以共享存储能力之外，还可以共享CPU处理能力。目前已经有了一些基于对等网络的计算能力共享系统。

（二）对等计算。在P2P系统中，每个对等点既可以接收计算任务，还可以进行必要的分析：例如分析分配任务的多少，然后决定是否再把收到的任务分发下去。计算的中间结果层层上传，最后到达任务分发节点，对等点之间可以直接交换中间结果，协作计算。对等计算的本质是实现了网络上CPU资源的共享。

（三）搜索引擎。P2P模式的搜索是在对等点之间直接地进行，与目前的搜索引擎不同。它最大的特点在于既能保证搜索的实时性，又可达到传统搜索无可比拟的深度。

参考文献：

[1]刘杰,王向辉,张国印.结构化P2P网络综述,2007,6

[2]黄全能,宋佳兴,刘卫东.对等网络信誉机制研究综述.小型微型计算机系统,2006,27,7:1175-11781

作者簡介：

基于混合战略博弈的P2P激励机制 第3篇

1 相关工作

对于存在自私节点的P2P系统,博弈论是一个理想的分析节点行为的工具。笔者模拟了一个无限重复博弈的P2P系统,并计算每一次博弈中所存在的纳什均衡。

假设网络的生命周期是无限长的,并将其划分成一个个小的时间段t,t=0,1,,∞。在每一个时间段里,每个节点都收到一个服务请求,同时自己也发出服务请求。如果服务提供者同意提供服务,则请求将得到满足。如果一个节点在一个时间段内获得了多次服务,则其收益为0。在实际应用中,一些节点可能会同时收到一些服务请求,然而其中有些请求可能是来自信誉较低的节点,可以将其忽略。当一个节点在时间段t内响应了一个服务请求,则其战略为{响应}。

将节点间的交互模拟成一个无限重复博弈的模型。在每一个时间段t内进行一次博弈G,节点请求服务,同时决定是否响应其他节点的请求服务。

在此博弈中,参与者为P2P系统中所有的节点,而节点的战略集为{响应,不响应},节点的收益函数将在后面进行定义。本文将无限重复的博弈G记为G′。

2 信誉模型

本文认为,节点的服务请求能够得到响应是和其当前的信誉联系在一起的。将节点i在t时间段内的信誉值记为Rti,其定义如下:

其中,。在式(1)中,当节点i响应服务请求时,k=1;当节点i不响应服务请求时,k=0。β代表节点i响应服务请求后,请求节点对其作出的一个满意度评价,分为3个等级:

因此,。参数α是一个定值,当α越大时,节点t-1时刻的信誉值对当前t时刻的信誉值影响更大,反之则越看重节点当前服务的表现。当α越小时,低信誉值的节点可以通过提供满意的服务来较大提升其信誉值。而对于参数β,当β=0时信誉模型就直接变成了节点不响应服务请求的情况,也就是说如果节点提供的服务质量使对方不满意的话则对其信誉值进行一个降低的惩罚。而当β=Rit-1时,节点的信誉值就不会发生变化。本文认为服务请求信息和服务请求响应信息在网络中以洪泛的方式进行传播,每个节点都自愿地转发信息。

3 纯战略博弈

下面分析无限重复博弈的纳什均衡的可能性。由无名氏定理[2]可知:如果a’是博弈G的纳什均衡的战略集,那么当G重复进行无限次后,a’仍然是其纳什均衡的战略集。则求无限重复博弈G’的纳什均衡可以简化为求一次博弈G的纳什均衡。

首先讨论纯战略博弈纳什均衡的情况。当所有的节点都选取战略{不响应}时,也是一个纳什均衡的解,此时每个节点的收益都为0。当某一节点i想改变战略对服务请求进行响应时,其收益为-C,比不响应时的收益降低了。因为节点都是理性的,所以节点不会采取这种策略。另外战略{不响应}也是一种不理想的均衡,在P2P系统中,如果所有的节点都不提供服务,系统将无法运行下去。所以这种均衡是无法达到的,而且在系统中总会有少数的利他主义节点存在。同样如果所有节点都选择{响应}战略,也不能达到纳什均衡。很明显,某一节点改变策略选择{不响应}的话,其收益明显比选择{响应}高,因为它既能在网络中获得服务,同时也不会因提供服务而产生系统开销。因此,在P2P系统中纯战略博弈是无法达到纳什均衡的。

4 混合战略博弈

现在来分析混合战略均衡的的可能性,在此,节点不再是确定的选择某一战略,而是以某一概率来选择其战略。

混合战略博弈纳什均衡的定义[2]:在n个参与者的标准式博弈G={S1,,Sn;u1,,un}中,如果n是有限的,且对每个i,Si是有限的,则博弈存在至少一个纳什均衡,均衡可能包含混合战略。

这里定义,在混合策略博弈中,节点以概率p来选择{响应}策略,以概率1-p选择{不响应}。这里是一个介于0到1之间的值,但不等于0和1(等于0和1时即为纯战略)。因本文所讨论的是针对所有节点的,所以将式(1)中的上标i省去。

在t时段内,节点选择{响应}策略的期望收益为p(RtresponseU-C),将其记为PAYresponse。其中U是理论最大收获,C是系统开销。同样地,如果节点选择{不响应},其收益为(1-p)(Rtdon′tU),记为PAYdon′t。Rtresponse表示节点在t时间段响应服务请求后的信誉值。Rtdon′t表示节点在时间段内没有提供服务后的信誉值。由式(1)可以得出以下结果:

参考文献[2]给出了混合战略博弈纳什均衡的一个重要特点:在纳什均衡中每个参与者的期望收益应为其在符合正向概率时选择任意策略时的期望收益。

由这个混合策略纳什均衡的特点可以得出:

将式(2)和式(3)带入式(4)可得:

从式(5)可以看出,P不是一个定值。每一时间段的P是随着上一次博弈结束后,节点的信誉值的变化而变化的。如果每一个节点都采取这种混合策略,那么对他们而言,该策略是最佳策略。本文认为这个策略比都不提供服务的策略稳定,因为如果都不提供服务,那么系统将失效。另外,在P2P系统中总会有少数的利他主义节点存在。所以,在该系统中不会有不合作的情况出现。

5 实验及结果分析

仿真实验采用peersim仿真工具,该仿真工具是基于Java开发的,由很多组件构成,适合于大规模的动态的P2P网络。在本实验中模拟了1 000个节点的P2P网络,每个节点都采取混合策略博弈算法,在一段时间的重复博弈之后,从中随机地取出了一些节点进行观察,发现他们的行为基本趋于一致。

图1是在纳什均衡策略下节点可能的信誉变化的仿真结果。图示表明,在节点信誉值增加的时间段表示节点响应了其他节点的服务请求,而信誉值下降则表明节点拒绝了其他节点的服务请求。可以看出,经过10个时间段后,混合策略纳什均衡使得每个节点信誉值处于一个相差不大的水平,这说明节点都采取了该策略。在图1中,笔者随机地选取了3个节点,设定其初始信誉值分别为0.8、0.5和0.2,其中α=0.8,β=1,C/U=0.1。

从仿真实验中随机选取了一个节点,对其α的取值进行了3次不同的实验。从图2可以看出,节点的上传和下载比在经过一段时间后都几乎达到了1,这说明节点响应其他节点服务请求的次数和自己本身发出的得到响应的服务请求次数基本相等,节点在获得服务的同时也为他人提供了服务,有效地抑制了节点搭便车现象。而对于不同的α取值来看,α取值越大,节点的上传和下载比趋近于1的速度越快。而从信誉模型来看,α取值越大在实际中也是比较合理的,这样节点不能通过一次的服务提供来大幅度地提高节点的信誉度,而且节点也不会因为一次拒绝响应服务而大幅度降低信誉值。

再来分析一下C/U对于响应概率P的影响。前面已经介绍了C是节点在响应其他节点服务请求时所产生的系统开销,例如在文件共享系统中网络带宽的消耗以及硬盘的磨损等等。U是节点获得服务响应后所得到的理论最大收益,但并不是实际收益。节点的实际收益还与其信誉值是挂钩的。例如在文件共享系统中,节点下载一部电影获得的理论最大收益为U,而节点当前信誉值为R,则节点的实际收益为UR。也就是说节点的信誉值越高,节点所获得的收益越大,比如可以获得更好的下载带宽以及较高的优先级。从实际中来分析C/U肯定是一个较小的数值,因为C要小于U在实际的系统中才比较合理。在仿真中取了几个C/U的值进行了实验。

从图3来看,C/U越大,节点响应服务请求的概率也会增大,但是C/U如果太大的话,在实际应用中又会降低系统的总体效率,因此C/U的取值应该根据不同的系统应用来设置,以求达到一个平衡。在实际应用中,如果节点响应服务请求的概率P的平均值能维持在50%左右的话,就基本上是满意的。在图3中α=0.8,β=1。

针对目前P2P网络中比较盛行的搭便车现象,本文引入了混合策略博弈的方法,有效地激励了P2P网络中的节点积极响应其他节点的服务请求。通过仿真实验发现,该机制实现了抑制自私节点,鼓励节点为系统多贡献资源的目的。

摘要：针对P2P系统中的搭便车问题,提出了一种基于混合策略博弈的激励机制。将信誉值作为激励节点贡献资源和提供服务的基础,节点是否能获得服务也是与节点当前信誉值成比例的,节点只能通过提供服务来增加其信誉值。同时节点是否响应服务请求是以某一概率来进行的,通过调节该概率来有效的激励节点提供服务。仿真实验表明,节点在经过一段时间的博弈之后,其响应次数和请求次数基本相等,提高了节点在系统中的参与度。

关键词：混合战略博弈,P2P,激励,信誉

参考文献

[1]ADAR E,HUBERMAN B,Free riding on gnutella[J].First Monday,2000,5(10):42-68

[2]OSBORNE M J.A course in game theory.Cambridge,Mass.:MIT Press,c1994.

[3]NASH J F.Equilibrium points in N-person games,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1950,36:48-49.

[4]BURAGOHAIN C,AGRAWAL D,SURI S.A game theo-retic framework for incentives in P2P systems.In Proc.of the Third International Conference on Peer-to-Peer Com-puting(P2P’03),2003.

混合的P2P结构 第4篇

对时间发展模式的三维气固两相混合层湍流拟序结构及其对不同尺寸颗粒扩散的`影响进行直接数值模拟.对于气相场,应用拟谱方法(Pseudospectral method)直接求解Navier-Stokes方程组;对于颗粒场,应用Lagrangian方法跟踪半场颗粒.针对不同Stokes数的颗粒,分别模拟颗粒场在展向和流向的分布变化,进而分析流场三维大涡结构对不同颗粒扩散的影响,并引入一系列参数,着重定量描述流场展向大涡结构和流向大涡结构对不同尺寸颗粒分布的不同影响.

作 者：罗坤 金晗辉 樊建人 岑可法  作者单位：浙江大学热能工程研究所,杭州,310027 刊 名：燃烧科学与技术  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF COMBUSTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 9(1) 分类号：O357.5 关键词：三维混合层   湍流拟序结构   拟谱方法   直接数值模拟   颗粒扩散  

混合的P2P结构 第5篇

【关键词】混合所有制经济；产权结构；改革

一、引言

十八届三中全会通过的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》，明确指出要毫不动摇地鼓励、支持、引导非公有制经济发展，激发非公有制经济活力和创造力，完善产权保护制度，积极发展混合所有制经济，支持非公有制经济健康发展。用“发展混合所有制经济”来克服国有企业的弊端，标志着包括国有企业改革在内的中国改革站在了一个新的航标和历史起点上。

二、国企产权制度问题以及改革的必要性

我国对国有企业进行大规模的、比较系统的30多年改革，尤其是90年代以来的现代企业制度建设，初步适应了市场经济体制的要求。90年代初以来建设现代企业制度的改革思路，实际上已经触及产权这一核心问题。但是具体的改革实践尚未到位，没有很好地解决产权制度改革中最根本性的有关所有者主体的问题。

我国国有企业在产权制度上存在着产权关系范围过宽、产权关系链过长、实际产权主体缺位等严重问题。同时，由于在经营管理上又存在政企不分等问题，在国有企业的委托代理关系和公司治理结构上造成许多缺陷，如政企不分、国有企业法人财产权不落实、激励约束机制不完善、企业内部人控制和国有资产流失等。解决这些问题的根本途径就是深化国有企业的产权制度改革。因此，从国有企业经营和运作的现状看，国有产权改革是国有企业改革和发展的关键环节。

三、 国有企业产权制度改革的措施

国有企业产权制度改革就是把国有资产的所有权与经营权分开，推动国有资产的产权以资本运作的形式，实现产权的流动和重组。

产权制度改革要立足于解决国有企业的深层次矛盾。第一，要着力解决国有企业自有资本金不足的问题，这是构筑现代企业制度资本结构的一个重要基础；第二，要着力解决国有企业直接融资不足的问题，这是企业实现投资主体多元化的一个根本出路；第三，要着力解决国有企业冗员多、效率低、工艺技术落后的内部结构不合理状况，这是增强企业市场竞争力的一项重要途径；第四，要着力解决国有企业长期存在的重复建设、产业趋同化、外部结构不合理的问题，这是从整体上搞好国有经济的一项战略举措；第五，要着力解决企业办社会负担重、政企不分的问题，这是推动企业成为市场主体、真正走向市场的必由之路。

当前，产权制度改革应坚持市场配置为主的原则。国有企业的产权制度改革，实质意义上是国有资本的重新配置，在市场经济日臻完善的新形势下，企业在定方案中应该充分考虑市场规律、市场机制和市场取向。国有资本在一个企业是否“全部转让”或“部分转让”，关键要尊重市场的供求规律和竞争规律。市场竞争中处于劣势的行业和企业，不“退”不足以解决国企深层次矛盾的企业要抓紧推进资本退出的产权制度改革。对市场中的强势企业，无论其是否是竞争性行业，则要通过产权制度改革吸引外部法人参股或股票上市等形式发展混合所有制经济，也可通过资产置换、投资入股等方式，进一步扩大国有资本的影响力、控制力和带动力。

坚持依法推进的原则。国有企业产权制度改革涉及的一个核心问题是国有净资产的重新配置。当前，在国有资产管理法律、法规尚未健全的形势下，产权制度改革涉及的国有资产的权属变更，应依法办理显得尤为重要，一是要严格按照《中华人民共和国公司法》设置股权；二是对产权变更的资产要严格按照“资产评估条例”等现行法规进行评估。三是制止行政性“宽松政策”对国有资产折价“配送”的不规范做法。坚持合理调整国有经济布局和结构的原则。产权制度改革是国有经济实施战略性调整的一个重要切入点。面对市场经济体制的建立和经济全球化进程的加快，在国有企业产权制度改革中，围绕从整体上搞活国有经济：一是突破不同所有制之间资本整合的壁垒，推动营资本参与国有企业的改革重组；二是突破产业内部整合的旧模式，推动国有资本向高效产业的流动重组；三是突破区域内的封闭整合，推动国有资本跨区域的优化重组；四是突破国内集团资本的互补性整合，推动国有资本与跨国集团合资重组。

四、 用混合所有制方法深化国企产权改革的意义

（一）有利于效率的提高。国资民资混合，民营企业机制引入到国有企业机制中，互相学习，互相激励，可以有效克服国有企业一资独大，有利于效率和社会福利水平的提高，可以解决长期以来国有企业效率较低的不足。国有企业产权制度的改革，通过多种改制形式使得国有企业资本日益明确化和集中化，也是企业效益增长的加速化。

（二）有利于公平正义的实现。国有企业可以收购、兼并民营企业，民营企业、外资企业也可以兼并、收购国有企业，在投资核准、融资服务、财税政策、土地使用、对外贸易和经济技术合作等方面，一视同仁，实行同等待遇，既解决了民营资本的出路问题，又解决了国有资本和民营资本的公平待遇问题。

（三）产权更加明晰。国有企业和民营企业组成混合企业集团，成为混合所有制，通过股权的形式，财产权利清晰，实践中可以灵活兼并、出卖、破产，利益关系明确，有利于搞活国有资本，提高国有企业的控制能力。

（四）优化了资源配置。运用混合所有制的形式来改革国有企业的最大优越性，是成功地实现了资本的社会化，国有企业通过混合所有制的企业形式，不仅有效地利用了自有资源，而且通过参股、控股、兼并、重组等方式，放大了国有资本的正能量，在更大范围内实现了资源的有效配置。

五、结语

国有企业在国民经济中的重要的作用，决定着对国有企业产权制度改革从理论研究到具体的实务操作过程上必须以审慎的态度对待。国有产权制度改革的目标：明确国有资产的所有者主体，由专门的国有资产管理机构代表全国人民行使国有资产所有权；做到国有资产产权和行政管理权彻底分离，国有资产管理机构行使国有资产产权，管理国有资产，政府机构行使行政管理权，执行社会公共管理职能；在区分国有资产的终极所有权和法人财产权，并且政企分开的条件下，规范和完善国有企业内部治理结构；在明确产权主体的前提下，加快国有产权的流动，调整国有产权结构，既使国有资产保值增值，又使国有资产发挥其特殊的功能。也只有通过产权制度的不断完善才可以使社会发展的基础有根本性的变化，国有企业效益得以提高进而国家的经济实力得以强大，最终是国有企业的所有者既全体人民可以从国有企业改革中分享到实惠。

参考文献：

[1] 马立行，中国国有企业产权制度改革研究[M]，上海社会科学院出版有限公司，2010

[2] 刘洋，国有企业产权制度改革研究[D]，华东师范大学，2007

[3] 吴威，国有企业产权改革探析[J]，商场现代化2008年6月，第543期

[4] 漆多俊，国有企业股份公司改组法制问题研究[M]，中国方正出版社，2003

收件人：陈哲文 手机：181 0964 9230

混合的P2P结构 第6篇

关键词：P2P网络,文件共享系统,混合型检索,Pastry,Gnutella

0 引 言

P2P令网络的参与者对等地直接共享资源而无需一个中央服务器的介入。它与传统的客户端/服务器架构相比,具有分散控制、自组织、自适应和可大规模化的特点。这些诱人的要素吸引了众多的研究,近年来涌现了众多应用于各领域的P2P系统和建立于其上的应用程序,其中大多数都可划入数据共享这一大类,本文也将以此类系统为主题。这些P2P系统的网络均建立于原有的网络协议之上(典型的如IP),并独立于下层网络,因此被称为叠加(overlay)网络,以其网络结构可分为结构化(structured)和非结构化(unstructured)两大类。非结构化系统(Napster[1],Gnutella[2],KaZaA[3]等)中数据项在网络中的位置与网络拓扑完全无关,定位数据项需要flooding式的搜索。由于这种方式产生的检索消息数以指数方式增长,通常会赋给消息一个不大的TTL来限制探索半径。然而大规模的非结构化系统始终难以彻底解决对位于远处的稀有数据项检索能力不佳的问题,结构化系统最初正是为了解决这个问题而出现的。在结构化系统(Chord[5],CAN[6],Tapestry[7],Pastry[8]等)中,网络拓扑受到严格的控制,数据项被安排在精确指定的位置。这些系统通常提供一种从数据项到位置的映射关系,查询可以快速地通过分布式路由表找到目标,但有个致命的缺点即难以实现最常见的关键字查询,而仅支持完全匹配查询。查询必须给出用于将目标映射到位置的标识(如文件的哈希值),而通常用户适应的做法是给出一个关键字作为查询条件,然后从返回的结果中选择下载。有一些在结构化系统中实现关键字查询的方法被提出[4],但都存在着效率上或其他方面的限制。为了结合两类系统的优势同时弥补它们的缺点,本文提出并用两者的二级混合型检索机制,首先利用结构化方式定位目标所在的群集(cluster),然后在该群集中通过非结构化方式进行检索,利用了结构化方式快速定位特性的同时保留了非结构化方式的关键字查询能力。原则上可以选用任意的已有系统来组合实现二级混合检索,本文仅以验证方案的有效性为目的,所以选用了最基本的Gnutella作为下层,与数据类型的层次结构易于对应的Pastry作为上层。

1 Pastry及Gnutella简介

1.1 Pastry

Pastry[8]使用一种前缀路由来建立自组织的分散式叠加网络。每个节点都拥有一个定长的NodeID,标识其在ID空间中的位置。NodeID是当节点新加入系统时随机生成的,平均分布在ID空间中,没有重复。正常运作的ID空间大小为N的Pastry能将一个目标散列值key的消息在logBN(B=2b,为可设定参数,一般b=4,NodeID和key被看作是字的序列,每b位为一个字)步内路由至拥有数值上最接近key的NodeID的节点。每个节点都维护一个路由表、一个叶子集和一个邻居集。

表1为b=2,N=216下NodeID为3210的节点的典型路由表,x代表任意字。路由表大小为logBN行B列,第i行j列(均以0为始)的元素指向与当前节点的NodeID的前i字相同,第i+1字为j的节点,在符合条件的节点中尽量选取物理网络距离较小的填入,当没有合适的节点可填时该项可以为空。每个节点还维护大小L和M一般在B和2B之间的叶子集和邻居集各一个。叶子集的成员为NodeID数值上最接近的节点,较大的和较小各L/2个;邻居集的成员为物理网络距离上最接近的M个节点。当NodeID与目标key的共同前缀长为s时的节点在收到路由请求时,通过查自己的路由表的s+1行得到第s+1字与key相同的节点转送,当该项为空或指向的节点无响应时,在路由表和叶子集中挑选与key的共同前缀长至少为s且数值上比自身更接近的节点转送,若不存在这样的项则当前节点即为最接近key的节点,路由结束。

当一个NodeID为X的新节点加入网络时,首先通过某种方式得到一个已加入网络的联系人A,向A发出一个以X为key的路由请求,称join消息,Pastry将这个消息送到NodeID与X数值上最接近的节点Z,A和Z以及路径上所有的节点将自己的状态表送回X,最后X将自己的到来通知所有的有关Peer。这保证了X能以适当的值初始化自己的状态表,并使受到影响的节点的状态表得到更新。

1.2 Gnutella

Gnutella[2]是一个建立在一个单层拓扑上的分布式搜索协议。在Gnutella中,每个Peer都是对等的,系统没有中央目录服务或者任何对网络拓扑或文件安置的控制。当一个Peer要加入网络时首先从一些公开的Peer中任选一个建立连接,然后通过它获得其他参加网络的Peer的信息,从中选择一些作为自己的邻居。为了定位一个文件,一个Peer通常以flooding方式向它所有的邻居发出查询,然后每个收到查询消息的Peer检查自己是否拥有符合条件的数据项,有则告知发出查询的Peer,然后再将该消息转发给所有的邻居,对曾收到过的消息不转发。消息在生成时被赋予一定值的TTL,每转发一次减一直到降至0不再转发。这样的设计对Peer的频繁加入和离开系统有极强的适应力,但由于海量的消息会对网络造成比较大的负担而难以大规模化。

2 提案方式说明

2.1 假 定

所有的资源均可映射到一个阶层化的分类目录中。

用户能对自己公开的资源作出正确的分类。

同一个用户一般不会在网络中共享太多属于完全不同类目的资源。

基于我们的经验,以上假定对于普通的文件共享系统,在大部分情况下都是成立的。

2.2 网络基本构成

为实现二级检索,每个Peer分为上下层两部分(以下称上层节点和下层节点),分别组成上层Pastry网络和下层Gnutella网络。另规定每个Peer仅共享某一个类目的数据项,当用户需要同时共享多个类目时,可同时启动多个Peer分别参加网络。对于这样单类目的Peer,可将共享数据项所属的类目映射为bit串作为Peer的群集号(ClusterID,以下简称CID)。Peer的上层节点以CID作为NodeID构建上层Pastry网络,拥有相同CID的Peer的下层节点组成Gnutella子网,不同CID的子网相互独立不连通。

2.3 二级混合型检索方式

查询步骤

A) 发出查询请求的源Peer给出一个CID和查询关键字,从自己的上层节点开始利用CID作为key进行标准的Pastry路由。

B) 找到一个属于该CID子网的任意Peer。

C) 通过该Peer的下层节点在下层Gnutella网络中以flooding方式发出查询消息。

D) 将得到的符合关键字的结果送回查询源。

新Peer加入步骤

A) 新加入Peer X以共享的数据项所属的CID作为key向物理距离较近的联系人A发出join请求。

B) 以与Pastry完全一致的步骤将消息最终路由到达Peer Z。

C) 根据Z的CID与key相同与否作出不同处理。相同时,X以Z作为初始联系人参加下层子网;否则,X自己作为首节点建立该CID的下层子网。

2.4 二级混合型检索的优点

2.4.1 与纯非结构方式相比

以Gnutella为基本的非结构化P2P网络在规模扩大到一定程度后,查询消息就很难发现位于距离检索源远处的稀有数据项。为解决这一难题很多系统都采用了群集技术,令拥有相似数据项或相似兴趣的Peer优先相邻组成群集。当Peer对同群集检索时能有效地发现被聚集到附近的数据项,而想要对其他群集检索时,检索效率就劣化为无任何优化的水平。另当Peer想要改变自身所属的群集时,通常需要经过一个缓慢调整的过程。在二级混合型检索中,无论对任何群集的检索都能通过给出CID在logBN步内快速定位到目标群集,改变所属群集时也只需要用新的CID重新参加网络就能迅速完成。

此外,在同等规模下,由于查询消息被限定在了一个个分离的子网中,产生的消息数大大减少,查询命中率也随之大幅提高。

2.4.2 与纯结构化方式相比

首先,支持了关键字搜索是一个质的变化。这个本质改进使得本方式能够应用于要求灵活的关键字搜索的数据共享系统中。

其次,由于可能存在的群集总数与可能存在的数据项总数相比微乎其微,上层结构化网络的CID空间大小N比纯结构化方式的NodeID空间大幅缩小,从而状态表的大小及维护费用也随之减小。

最后,在上层结构化检索时,相对于纯结构化方式一般不允许有重复NodeID而必须找到唯一存在的目标,本方式仅需找到大量具有相同CID的节点中任一个即可,因此有很高的概率在检索源附近就结束上层检索。

2.4.3 其他

本提案方式的主旨仅仅在于并用结构化和非结构化两种P2P网络结构,并没有限定上下层使用的具体网络架构细节,绝大部分对单级结构化或者非结构化网络架构的改进方案,理论上都可以稍加改动后直接应用于本提案方式之中。因此还有很大的改进空间。

2.5 存在的问题

(1) 分类错误

当不熟悉系统的用户将共享的数据项放错类目,会导致其他用户用正确的类目无法发现这些资源。为了降低这个问题造成的影响,预设的分类树应尽量易理解,把更具详细的分类交给用户自由设定。具体实现方式是今后有待研究的课题之一。

(2) 用户同时共享多个类目的资源

对这个问题,当前提出的解决方案是同时启动多个Peer参加网络,但如此势必会引起维护费用和网络负荷的增加。如何通过本地多个Peer间的协作来降低对网络负荷是今后需要研究的课题。

3 模拟评价结果

为证明提案方式的有效性,我们用java语言实现了一个简单的模拟程序。所有的Peer随机分布在1000*1000的二维平面中,以二维平面距离作为节点间距离。上层结构化网络如前所述选用Pastry方式实现,由于实验网络规模较小,参数选择如下:CID长6位,即群集数(子网数)N=64;字长b=2,即路由表每行4项,共3行12项;叶子集中较当前CID大小各4项;路由中不直接起作用的邻居集省略,因此每个节点的状态表共20项。实验时Peer逐个启动,以遵从指定概率分布的随机CID依次加入网络,上层Pastry网络的联系人选择已加入网络的距离最近的节点,初始信息收集采用文献[8]中的WTF方式。下层Gnutella网络节点限制最大连接数为5,每个新Peer加入网络时主动建立2个连接,所以最终每个Peer的平均连接数约为4。在对连接请求的返回消息中,无论接受或拒绝都附上自己保有的其它Peer的情报,供请求方用来建立其他连接。查询消息向除了接收这个消息的源Peer外所有建立连接的Peer转发。

3.1 同纯非结构化方式比较

为验证提案方式在查询产生的消息数和对其他群集的查询效果方面优于传统的纯非结构化方式,我们使用两种方式作了相同的查询。其中用来比较的纯非结构化方式的每个节点加入网络时选择一个最近的节点和一个随机的节点建立2个连接,最大连接数限制和平均度数同提案方式。测试方式为:在所有的Peer加入网络后,对64个群集(CID)各进行5次查询。查询源每次随机选择一个不属于目标群集的Peer。通过统计查询消息覆盖到的属于目标群集的Peer数来评价查询结果的优劣。由于提案方式在上层Pastry网络中平均需要约2步到达目标群集的子网,传统方式的消息TTL定为提案方式的TTL+2。

图1展示了在4种网络规模(提案方式TTL分别为3、4、4、5),CID平均分布下各运行5次测试程序所得的平均覆盖率(覆盖Peer数/该群集的实际存在的总Peer数)和每次查询产生的平均消息数,提案方式的数据包括了第一阶段上层Pastry网络中产生的消息。由图1可知,提案方式在显著提高命中率的同时,产生的消息数却只有传统单级方式10%以下。如果网络规模继续扩大,酌情增加TTL仍可将消息数控制在可容忍的范围内。传统方式的覆盖率并非单调下降的原因在于适当增加了TTL。随着网络规模的扩大,提案方式的优势缩小是因为传统方式有一个实际情况下不可能存在的全局随机连接。

3.2 同纯结构化方式的比较

为了验证提案方式的维护费用小于纯Pastry方式,我们使用测试程序在相同的网络规模下比较了两者在建立网络阶段产生的消息数。纯Pastry方式采用了16位长的NodeID,NodeID空间大小为65536;字长b=4,即路由表每行16项,共4行64项;叶子集中较当前NodeID大小各8项;邻居集同样省略,因此每个节点的状态表共80项。

图2比较了两种方式在4种网络规模、两种概率分布下建立网络时平均每个新Peer产生的消息数,提案方式的数据包含了下层Gnutella网络初始化时产生的消息数。由图2可知,由于需要维护的状态表较小,提案方式的消息数明显小于纯Pastry方式。图2中提案方式的消息数随网络规模增长是由于下层Gnutella网络的连接限制,后期加入的Peer尝试连接次数明显增加所致。

4 结 语

本文提出了用于P2P数据共享系统的二级混合型检索机制。本方式融合了结构化网络的快速定位和非结构化网络支持关键字查询的优点,可自由选取组合使用的上下层实现方式具有很大的改进空间,适合作为架设P2P数据共享系统的平台。

参考文献

[1] Napster.[OL].http://www.napster.com/

[2] Gnutella.[OL].http://rfc-gnutella.sourceforge.net/

[3] Kazaa.[OL].http://www.kazaa.com/

[4]Garces-Erice L etc.Data Indexing in Peer-to-Peer DHTNetworks.Pro-ceedings of IPTPS[C].2002.

[5] Stoica I,etc.Chord:A scalable peer-to-peer lookup protocol for internet applications [J].IEEE/ACM Transactions on Networking.2003,11(1):17-32.

[6]Ratnasamy S,etc.A scalable content addressable network[A].in Pro-cessings of the ACMSIGCOMM,2001:161-172.

[7]Zhao B Y,etc.Tapestry:Aresilient global-scale overlay for service de-ployment[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2004,22(1):41-53.

混合的P2P结构 第7篇

P2P僵尸网络的混合模型[3]如图1所示,主要分为控制模块和被控模块(Bot)两大部分,其中Bot终端按照宿主机网络连接类型的不同又分为两类:一类是可以从Internet直接访问的Bot终端(称为servent Bot),这类Bot终端组成核心P2P网络;一类是位于防火墙或者NAT(network address translation,网络地址转换)之后等无法直接从Internet访问的Bot终端(称为client Bot),这类Bot终端形成外围Bot网络。

该混合模型主要通过本地的节点列表来完成与其他Bot的通信以及接收和下达中控命令等,该列表是实时动态的,不再是固定的地址列表,文献[3]中提出了一种列表更新算法,通过随机的替换和更新路由列表来达到隐藏和实现网络均衡等目的。

2 自适应淘汰机制和列表路由算法

2.1 问题分析

目前P2P僵尸网络效率和韧性较差的主要原因是通信机制的不稳定、不隐蔽,问题的关键有以下几个方面:

(1)通信报文没有加密,整个连接和通信过程没有经过加密机制的处理,使得报文在网络传输中容易被截获分析。

(2)网络结构不均衡,由于目前的P2P僵尸网络对Servent Bot的依赖性过重,随着僵尸网络的规模慢慢扩大,部分Servent Bot会有大量的网络流量出入,负载变大,导致网络平衡性差,使得节点易暴露。

(3)节点列表的适应性较差,列表的更新容易产生数据冗余,诸如Nugache的Botnet对初始定义的列表依赖性太大。

其中,列表的适应性差是导致僵尸网络效率和韧性低下、节点易暴露以及被溯源的最主要原因。

2.2 自适应淘汰机制

将下列定义写入列表信息:IP地址、列表浮动上限M、TTL值以及更新时间Tu,其中,Servent Bot发送广播通信报文时,在本地列表相应的更新一个发包时间T0,在相应IP的Servent Bot发回响应报文时,记录响应时间T1,Tu=T1-T0令,然后更新本地列表项Tu。结合各个变量,用L来表示列表,在文献[3]基础上扩充列表内容,那么Bot A的节点列表可以表示为:

构建的更新列表如表1:

当列表项数P=Mmax(当前列表数达到预设最大值)时,拒绝一切Bot间的通信,并按下列淘汰策略开始重新整合列表,优先级由高到低排列为:

(1)定期以正常网络服务为通信手段与列表中的节点进行通信,更新列表项的值Tu,机制启动时,若某列表项中Tu=T0,则说明发出去的报文没有得到响应,判断此项为不可达,令Tu=∞,并淘汰此项。

(2)通过TTL值的大小来对列表进行排序,TTL值越大则先写入栈,此时,列表整合为TTL数值最小的在栈顶,最大的在栈底。将栈底P-M的的路由列表中随机淘汰个列表项,此时列表项数达到M+个。

(3)上一步结束后,根据此时列表中各列表项的Tu值大小,对列表再一次进行排列,Tu值越大,则先写入栈,将列表整合为Tu值最小的在栈顶,最大的在栈底。从栈底淘汰个列表项(以上各式的P值均为达到淘汰原则的当前值),完成淘汰机制。

进一步要说明的是,淘汰机制在进行过程中以及在随后的△T内,停止接受和请求任何其他Bot的连接。

2.3 改进的列表路由算法

沿用Nugache型僵尸网络的初始化过程,预定义一定数量的Servent路由列表项,以代码方式写入Bot程序当中。显然,在僵尸网络构建之初,主要是利用预置的Servent Bot做通信流节点,新加入的Bot都按照本身程序内部的路由列表来寻找网络中的Servent Bot,随着僵尸网络的不断蔓延和扩大,一些新的主机被选为Servent Bot加入整个网络架构中,相应的路由列表也做出更新。

具体算法流程如下:

(1)当有新感染的Bot A主机加入时,按照预定义路由列表,寻找servent主机,此时Bot A的路由列表LA时间项更新为:Tu=T0。

(2)Servent Bot B收到来自Bot A的请求报文,根据其报文内容,首先判断其Bot类型,当Bot A属于Servent Bot时,添加一条路由表项:此时T的取值为收到请求报文的时间,然后在自身的路由表TB中,随即选取R(R

(3)Bot A收到来自Servent Bot B的响应报文,将Bot B连同收到的R个路由信息(R可能包含Bot B的路由信息)一同存入列表LA。同时,将新的Tu=T1-T0更新到相应的列表内容中。

(4)随着网络结构的不断扩大,列表逐渐增多,如果当前列表数P=Mmax时,拒绝所有Bot节点的请求连接,同时停止向其他Servent Bot的通信请求,执行自适应淘汰机制,对列表进行更新,直到列表数重新回到浮动上限M。

(5)更新完毕并在△T时延后,打开连接信道,开始新的请求和接受来自其他Bot的连接。

2.4 算法分析

本算法主要利用提出的淘汰机制,来加强Bot主机在网络中的自适应能力,减少僵尸网络master对各节点做出调整的指令数,从而减少了中控与被控模块之间的连接次数,使得中控模块更加隐蔽难查。

通过自适应淘汰机制,将存在于Bot主机的路由列表里的各路由项进行了优化,主要是在列表中添加了TTL值与回连更新时间Tu。通过优化,使得列表在一段时间内,自动更新为网络拓扑中与自己较相近以及回连速度较快(可能TTL值很大)的Servent Bot主机。

优化后的列表完成的功能如下:

(1)尽可能地将网络拓扑中相邻的主机的划分在一个小的区域当中,这么做的目的在于使得中控指令的下达更具有时效性,同时,当一个小区域中的Servent Bot被截获时,减少了从列表取得和劫持大面积范围Bot的可能性,提高了整个僵尸网络的韧性度,使得整个僵尸网络不会因为小区域主机的丢失而导致大面积网络功能的瘫痪。

(2)通过淘汰机制,筛选网络回连速度较快的主机来更新自己的路由列表。一方面是同样要达到提高指令传输时效性的要求,使得中控master在下达命令后,能够尽快地传达给各个Bot节点(包括Servent Bot和client Bot),减少指令时延,提高效率;另一方面,由于淘汰机制发生在当前列表数P=Mmax的时刻,从侧面反映出当前的Servent Bot的连接负载已经比较严重,此时的机制在进行以及完成后的△T内是不会接受和请求任何连接的,例如,Bot A节点频繁对Bot B发出请求,会因为得不到正常的响应,使得Bot A的路由列表TA中,关于Bot B的列表项中的TU值变大,使得自身在下一次淘汰机制进行中,淘汰出当前的负载过重的Bot B节点。比较有效地控制了个别节点的由于网络负载过重导致的流量拥塞,减少了流量分析系统发现的可能。

(3)浮动上限M的存在,是为了便于中控master控制和调整网络规模。通过下达更新命令,重新构造M值来达到控制列表数的目的,从而在一定程度上可以限制网络规模,优化网络路径,以及筛选命令下发节点。

3 模拟实验与仿真数据分析

由于没有实际网络环境来验证算法,采用网络模拟器来构建虚拟互联网。通过模拟实验数据,来验证算法的性能。

利用基于NS2的P2P模拟实验平台,在应用层很传输层上进行P2P协议扩展,并配置相关参数,用网络拓扑生成工具自动生成实验所需的网络拓扑环境。初始化Servent Bot超级节点以及Bot程序各项参数,令各节点每两分钟进行一次通信请求,预置M=5,R=2,Mmax=10,淘汰机制时延△T=1分钟。

实验表明,当网络环境自由运行7分钟时,第一台Servent Bot S1进行第一次列表自适应淘汰机制,然后关闭通信通道,拒绝其他连接。9分钟时,第二台Servent Bot S2列表LS2列表项数达到Mmax,而此时的S1在过了△T时间后,已经重新开始建立通信,随着Bot的不断延伸,若干Servent Bot陆续进行了列表的淘汰更新,同时初始化的几台Servent Bot已经维持了通信平衡状态,通信流量不断地向新加入的Servent Bot进行分流。到30分钟时,各Servent Bot主机列表基本在M值与Mmax值之间上下浮动,并未出现流量过载情况,整个网络拓扑趋于均衡,网络拓扑也规整成跳数相近的若干主机为一个小的自治域,各自治域之间互有联系,未发生网络失效的情况。

通过实验,利用自适应淘汰机制更新路由列表,可以很好地发展僵尸网络拓扑,同时将网络流量基本均衡给各servent Bot主机,并且,跳数相邻的主机规整成了一个小的自治域,提高了网络传输的时效性,也使得整个网络更加隐蔽和坚韧。

参考文献

[1]诸葛建伟,韩心慧,周勇林,叶志远,邹维,等.僵尸网络研究[J].软件学报,2008,19(3):1-3.Zhuge Jianwei,Han Xinhui,Zhou Yonglin,Ye Zhiyuan,ZouWei,et al.Research and Development of Botnets[J].Journalof Software,2008,19(3):1-3.

[2]Reinier Schoof,Ralph Koning,Detecting peer-to-peer botnets[EB/OL].http://staff.science.uva.nl/~delaat/sne-2006-2007/p17/report.pdf,2007.

[3]Wang P,Sparks S,Zou CC.An advanced hybrid peer-to-peerbotnet.In:Proc.of the 1st Workshop on Hot Topics in Under-standing Botnets(HotBots 2007).2007.

[4]Li J,E hrenkranz T,Kuenning G,Reiher P.Simulation andanalysis on the resiliency and efficiency of malnets.In:Proc.of the IEEE Symp.on Measurement,Modeling,and Simulationof Malware(MMSM 2005).Monterey:IEEE Computer Soci-ety Press,2005:262-269.

[5]Yang Yun,Hu Guyu,Guo Shize,Yu Saisai.An Improved Hy-brid Peer-to-Peer Routing Algorithm.The First InternationalConference on Pervasive Computing,Signal Processing andApplications(PCSPA 2010),2010.

[6]R.Bhagwan,S.Savage,and G.M.Voelker,“Understandingavailability,”in Proceedings of the 2nd International Work-shop on Peer-to-Peer Systems(IPTPS),2003.

混合的P2P结构 第8篇

1 前言

类似E-Learning的网络教学平台将数字化的教学内容与各种网络资源相结合, 强调学习者的自主的电子化学习模式。成熟的网络教学平台本身集成了丰富的教学资源, 具备良好的交流环境, 拥有良好的信息反馈途径, 能有效地为学生提供丰富多彩的个性化资源, 实现高效能地交互式学习, 有利于学生自主学习能力的培养, 以及学生的终身学习习惯的养成。这就要求网络教学平台的设计不仅要考虑到多样且庞大的数据存储问题更要考虑到数据交互的有效性与实时性问题, 要求系统平台拥有良好的开放性和可扩充性, 具备便捷的与其他信息管理系统的接口。结合目前主流的网络架构模式, 在系统设计时采用了客户机/服务器与P2P相结合的混合架构体系。

2 客户机/服务器模式与P2P模式的分析与比较

随着新一代IPV6网络的兴起与发展, 以及P2P模式的广泛应用。原有的基于IPv4网络的传统客户机/服务器模式的教学平台, 在流媒体教学的交互性、数据的存储和传输的高效性、安全性、以及服务质量的设计与要求方面都比较欠缺, 已经严重影响了远程教育的应用和发展, 急需开发出基于新一代网络标准的流媒体数据与基于这种数据格式的传输体系。客户机/服务器与P2P的混合架构模式为我们提供了一定的技术支持, 使得基于新一代IPV6协议的高效视频教学系统的开发成为现实。

传统的网络教学平台的总体架构多数采用客户机/服务器的单一模式, 数据存储技术也相对落后, 使用较为持久化单一的数据存储阵列。而如今的多媒体教学资源丰富, 数据量较大, 在客户机/服务器结构中如果大量客户在同一时刻对服务器进行井喷式访问, 将大大增加服务器端的负载, 不仅会使得整个系统效率降甚至会有崩溃的危险。降低服务器的负荷以保证实时教学数据的高质量传输以刻不容缓。P2P结构的应用为我们打开了一扇明亮的窗户, 它在打破了服务器资源瓶颈的同时也很好的解决了单点失效问题。然而P2P模式自身也并非完美不可及, 它也有一定的缺陷, 比如:P2P网络本身的稳定问题;数据同步实现技术过于复杂的问题;P2P网络根据自己的AOI工区域对消息进行过滤的低效问题等等。

通过上述对客户机/服务器模式与P2P模式的分析与比较, 考虑E-Learning平台系统的应用性和实效性, 在进行系统的开发时我们将两种架构模式相结合, 这样不仅使得单组服务器的负载大大降低, 也大大提高了交互式教学的实时性与视频播放的流畅度, 使得网络资源的利用率大大提高。整个系统的平台布局情况如图1所示。

在这个平台架构中客户端为最上层, 它是面向用户的接口, 通过此界面可以指导和实现操作人员对数据的输入和输出。通信平台 (网关服务器) 是系统的中间层, 立足于客户角度, 它提供的服务是一个基于IP地址的单一系统映像 (SSI) , 这个地址就是整个对外服务器体系的公用地址。中间层尤为重要, 它需要完成节点请求向具体服务器的转发操作, 需要完成对终端用户的管理、完成系统工作状态的保持、日志的记录等工作, 用户可以借助中间层将整个服务体系视为独立的具有合法IP地址的主机系统。提供实际服务的服务器群位于系统平台的最内层。它必须能够对所有的功能性请求进行处理, 来自客户端的服务请求经过通信平台的分析与处理后进而转发至各具体的服务器进行响应。在此我们分别设计了WEB服务器、流媒体服务器与数据库服务器进行处理, 这样的服务器集群不仅负载低且较为经济实用。

采用客户机/服务器与P2P的混合架构模式的教学平台中, 实时教学时我们可以将一个服务器端设计为教师与多名学生的互联平台, 此时的教师端和学生端均作为客户机处理, 形成了客户机/服务器的系统模式;当众多终端用户同时对大容量媒体数据进行播放与下载时我们使用P2P模式进行流媒体传输。混合模式体系架构中的服务器端和客户端设计如图2与图3所示。

3 小结

通过设计简图可以看出在服务器与客户端均采用了客户端/服务器模式, 与此同时进行实时流媒体数据访问时系统将进行P2P系统的传输模式。在实际应用中有时可以根据地域的差别将一个P2P系统进行拆分使之成为多个小型的P2P网络。

通过这样的混合架构模式大大减少了服务器的负担, 客户端之间也实现了数据缓存的共享, 解除了系统的瓶颈。使得网络教学平台的建设更加有效合理。

摘要：本文从E-Learning网络教学平台的实际研究与应用出发, 根据教学平台中不同模块数据存储与传输要求的不同, 提出了C/S与P2P的混合架构模式, 并其进行了详细剖析与探讨。

关键词：网络教学平台,C/S,P2P,混合架构

参考文献

[1]齐俊杰.流媒体技术入门与提高 (第2版) [M].北京:国防工业出版社, 2009 (08) :223-228.

[2]邢小良.P2P技术及其应用[M].北京:人民邮电出版社, 2008 (02) :52-54.

结构化p2p路由协议的改进 第9篇

关键词：P2p,结构化,路由,改进

(1) P2p的分类P2p网络拓扑结构按照节点信息储存和搜索方式的不同可以分为:1) 可以运用特殊节点存储所有资源的索引信息、有发现率高、维护简单等优点, 不过很容易发生单点故障, 这一类是以Napster作为代表的中心索引拓扑。2) 具有相当不错的容错性, 采用随机泛洪转发的机制, 节点的任何子集从节点中移除都不会对网络本身造成影响, 可是网络的规模日益增大, 泛洪可能会造成网络流量的急剧增加, 可拓展性非常差。这一类是以Gnutella, FreeNet为代表的非结构话拓扑。3) 主要思想是每一个节点和每个资源都使用相同的哈希类方法赋予一个全局唯一的ID, 把资源地址通过某种算法定位到资源地址, 具有可拓展, 可管理的优点。即结构化拓扑。

(2) P2p的问题以及解决的办法P2p网络的主要问题之一就是通过某一种方式来实现资源的定位。现如今, 针对单点崩溃、可拓展性不高、消息泛滥等问题提出了许多算法, 就好比说CAN、Pastry、Chord、Tapestry。相比较而言, Chord的可靠、简单、高效查找等特点是DHT所不具备的。通过研究, Chord算法主要由路由的Finger table决定, 正因如此, 其必然会存在一定的局限性。有部分研究结构化路由的有关专家通过更加深一步的研究发现如果全体节点的信息都能够靠每个节点来共同维护, 那么所有的查找工作仅需要跳跃一次就能够完成, 但具有维护节点需要很大开销的缺点;同时超级节点也有可能会成为Chord中的通信瓶颈。假如只扩展路由表, 就一定会产生一个全新的计算方法, 产生的这个全新的计算方法是通过增加原有的路由表指针密度, 使Chord的查找方式由以前的单向变为双向, 令路由表中的垃圾信息被清除, 缩短路径长度, 提高搜索效率, 缩短延迟, 并且仿真其性能。Chord在麻省理工学院于2001年被提出, Chord中每一个节点和关键字全都拥有一个属于自己的m比特的标识符, 在Chord中关键字的标识符key是通过哈希关键字本身来得到的, 可是Chord中的节点标识符id是通过哈希节点的IP地址所得到的。SHA-1或MD5适用于哈希函数, 所有的节点都按照Chord的节点标识符以顺时针从小到大的顺序排列在一个逻辑的标识环上面, 这样的环叫被做Chord环。其中关键字中的标识为value或key则要在这样的节点上储存。而节点标识等于或仅次于key后面的节点就叫做key的后继节点, 用successor表示, 以key点为起始点, 在顺时针的方向上距离key点最近的节点, 一张含有m个表项的finger表要有每个节点的共同维护, 举个例子说明, 一个节点是n, 在Finger表中位于第i项, 是圆环上标识不小于n+2i-1的第1个节点, 我们把这个节点叫做s。那么对每一次的资源请求, Chord都会利用finger表, 在此表中最多查找m次就一定能够定位环上数据资源。单向Chord查找算法因为是单向, 所以查找效率不高, 试想一下, 如果把传统的单向顺时针查找变为双向查找, 必然会提高查找效率。于是就产生了R_Finger表 (一张由双向Chord定义的路由表) , 这张表是Chord协议中一张逆时针的表, 是finger表翻转后得到的。因此, 在任一节点上可以同时在顺时针和逆时针两个方向同时进行搜索, 让查找有机会在两个方向上获得一个最佳的路由。如果想要提高Chord路由的性能, 可以相应的减少转发的次数同时还根据实际的情况增加路由表本身的密度, 路由表的指针指向目标节点的速度大小是通过密集程度决定的。这样一来, 节点需要维护的路由表长度会比经典的Chord有所增加, 其长度从原来的1bN增加到21og3N。应用三阶Chord后可以得出三阶Chord的最大转发次数是log3N次。在此基础上还能够将单向改变为双向同时又结合三阶Chord的思想, 把双向Chord的算法路由改成三阶。当Chord改进以后, 拥有了全新的算法, 下面举例说明;某个节点 (将之为称为p节点) , 既可以在查找的时候按顺时针方向, 与此同时, 还能够理由逆时针方向查找所需资源, 在查找的时候一共找到4个节点, 这些节点就可以作为下一个节点的跳点, 换句话, 也就是说就是有两个节点可以在Finger和R_Finger表中获得, 关键字的Hash值是被其标识的Hash值夹在其间的, 离关键字Hash值最近的可能全部存在。把关键字的Hash值设为k, P1和P2是从finger表中所获得的节点, P1是在表中最接近于k且小于k的节点, 在表中位于p1后面的第一个节点是P2。P3和P4从R_Finnger中取出的两个节点。表中最接近k且大于k的那个节点在finger表中我们称为P3, R_Finger表中位于p3后的第1个节点就是p4。详细算法;1) 如果是存储在本地的关键字, 就返回本地地址, 结束查找。2) 通过顺时针的方向, 假如k点落在p点和p的后节点中间, 就跳转回后节点, 结束查询, 相反, 就转到下一步。3) 计算p1, p2, p3和p4与k的距离, 距离最近的那个节点就成为下一跳的节点。转到1) , 查找继续。L2=1/2 log83NL1=1/2 log2N假设Chord环节中有节点N=212, 则改进后的平均路径长度为Lavg2=4.24, 标准Chord的平均路径长度为Lavg1=6, 查询率提高了26%。

结语

从整体上来看, 这种新型算法是在原有的Chord基础上讨论的一种路由的比较先进的算法, 这个算法是通过令2阶路由表转改为3阶路由表, 通过此方法使路由表的指针密度增加, 是查找目标节点的效率提高, 增加了一个逆时针方向的路由表, 从而达到双向查找, 比较当前的所有路径, 从而选出最佳的路径。

参考文献

混合的P2P结构 第10篇

混合动力汽车，是目前最具有使用价值并且已经被广泛推广的一种以节约能源、保护环境为目的而制造的汽车。随着全球对生态环境问题的重视不断提高，各国不断的对汽车的能源使用方面进行呼吁，要求从替换能源的角度对汽车进行改革，混合动力汽车因此而生，也确实从一定程度上减缓了汽车对于环境所造成的恶劣影响。

【关键词】混合动力 结构 原理 发展前景

引言

传统汽车的能源主要是燃油和柴油，这两种能源具有明显的不可再生性，是世界较为紧缺的能源，电力汽车等使用新兴能源的汽车也并未普及，其需要的技术成本相对较高，导致市场还不能广泛的接受。

而动力汽车的技术明显更加成熟，并且已经投入到了大规模生产当中，在市场的反响上也有着不错的表现，而且也能够在一定程度上起到对环境恶化的遏制，使之成为当下热门的汽车技术之一，本文因此为线索，通过对混合动力汽车结构、原理及发展前景等方面进行试论，希望能够给广大的汽车厂商以及消费者带来一些正确的认识。

1.混合动力汽车的概念和产生背景

1.1什么是混合动力汽车

混合动力汽车又称之为符合动力汽车，以最通俗的语言来讲，就是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的汽车。

以上是混合动气汽车被提出时所产生的概念，但由于目前汽车动力技术和工业技术的限制，在市场上生产的混合动力汽车，多半是采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统为汽车提供动力。

1.2混合动力汽车产生的背景

近年来，随着经济和社会的发展，私家车已经被极大的普及到了各个家庭中，更加上各种大型工业的开设，使得能源变成了更加稀缺的资源，特别是针对于石油资源。

汽车作为一种对石油资源主要的消耗产品，自然而然的受到了世界的重视，加上石油燃烧所带来的对生态环境的恶劣影响，要求汽车工业在能源的替代上做出改革。

混合动气汽车正是在这种强烈的呼声中应运而生，其目的是逐步的替代传统的单纯以燃油为能源的汽车，在一定程度上缓解能源供应紧张和汽车对大气环境造成剧烈污染的现状。

2.混合动力汽车的结构

目前，混合动力汽车根据结构的不同，可大致分为三类，串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车以及混联式混合动力汽车。

串联式混合动气车的结构相对比较简单，其采用发动机、发电机和驱动电动机组成，并且这三种装置是按照串联的方式组成的驱动系统，故称为串联式混合动力汽车。

并联式混合动力汽车石油发动机和发电机组成，其中发电机又被普遍分为电动发电机和驱动电动机，这两种驱动装置则采用并联的方式组成驱动系统。

混联式混合动力汽车是之前两种混合动力汽车的近一步发展，其结合了上述两种混合动力汽车的驱动结构特点，由发动机、驱动电动机和电动发电机三大装置组成，并且采用混联的方式进行安装。

3.混合动力汽车的原理

混合动力汽车采用的是两种以上的动力源对汽车进行驱动，其主要的工作原理就是在根据驱动装置的调节，在不同的能源动力上进行自我调节，在此主要针对串联式的混合动力汽车做出讲解。

以当前主流的混合动力汽车装置为例，其基本采用电力和燃油两种能源，在汽车行驶之初，其速度较慢并且蓄电池电量充足，此时混合动力汽车依靠电力进行行驶已经能够满足车辆需求。

随着蓄电池的电量降低，在低于一定程度后，混合动力汽车的辅助动力系统自动启动，在这里通常指的就是燃油系统，此时的汽车则主要依靠燃油进行驱动。

当汽车能量需求较大，例如车速较快或者上坡行驶时，混合动力汽车自身所带的两种或者两种以上的动力装置将一起为汽车提供充足的动力。

当汽车行驶平缓对于能量需求不大时，汽车自身的辅助动力系统在对汽车提供动力的同时，能够对蓄电池进行充电。

混合动力汽车工作的基本原理就是运用多种动力系统间的转换，以蓄电池为核心，最大程度的节约其他能源，在保证汽车能够正常工作的同时节省能量。

4.混合动气车的发展前景

4.1降低成本更加大众化

目前来看，混合动力汽车虽然已经进入到了商业化量产阶段，但其本身的价格属于偏高，特别是在我国，人们对于汽车的选择更加偏向于经济型，混合动力汽车在同等级的汽车中价格较高，随意，大多数的民众还是选择传统的燃油动力汽车。

这是因为当前混合动力汽车的技术还未达到一定的程度，其生产成本和技术成本都还较高，在未来的发展过程中，其成本必定会降低，带来混合动力汽车的价格降低，才能够实现其大众化，真正的在市场当中普及。

4.2提高技术

目前的混合动力汽车，大多数是以蓄电池为核心动力系统，电力的清洁高效和可再生性，是其最大的优势和特点，但困扰当前混合动力汽车的推广的主要因素也存在于蓄电池组上。

蓄电池组的技术不够成熟，达不到相应的水平，使得混合动力汽车在行驶过程中，对于其他能源的依赖性较大，虽然从一定程度上降低了对燃油类能源的消耗，但其比例依旧不低。

这就需要汽车工业不断的发展，提高自身的技术，提高混合动力汽车的蓄电池技术，从其产生的能量强度和存储量等方面入手，真正的做到以电力为核心的混合动力汽车。

4.3政府的扶持力度加大

未来的能源供应将会更加的紧张，这就对新能源汽车的发展带来了一个极大的促进作用，在混合动力汽车努力降低生产成本的同时，各国政府必定会加强对混合动力汽车的扶持力度，以此来推动混合动力汽车的普及，从而降低能源的供给紧张。

以我国的现状来看，政府主要针对于对混合动力汽车购买的补贴，但其力度并不大，以同等的汽车来看，即使减去政府的补贴其价格依旧过高，消费者很难做到以两倍的价格购买相同规格的混合动力汽车，从经济方面考虑，传统的燃油汽车依旧是首选，即使在能源方面上会节省也依旧无法弥补其间的差价。

所以，未来的发展中，政府必定会加大对混合动力汽车的扶持力度，使更多的人愿意购买混合动力汽车，从而缓解能源的问题。

5.结束语

混合动力汽车是一种相对先进的汽车，比之传统的燃油类汽车从能源和清洁的角度上有着不可比拟的优势，但其价格的高昂成为了目前对其发展的主要制约因素，在未来的发展过程中，应该首先考虑提高技术降低成本，并且提高人民的有关意识，站在能源供应和生态保护的角度对新能源汽车的支持做出贡献。

参考文献：

基于P2P的虚拟教室的结构设计 第11篇

随着计算机网络技术的发展, P2P视频传输技术已经成了一个热点技术, 把P2P和虚拟教室结合起来可以解决硬件和网络资源不足的问题。目前已经有少部分学校采用了基于P2P的远程教育系统, 但是这些系统多数仍然是弱学生客户端, 学生客户端的功能不够强大, 使得学生自主学习的体验效果不是很好, 不利于课程资源的有效使用, 降低了系统的效率。

二、P2P技术简介

P2P (PeertoPeer) 即对等计算或对等网络。在P2P网络中彼此相连的计算机处于对等的地位, 整个网络一般来说不依赖于专用集中服务器, 每台计算机既可以是客户机又可以是服务器, 它既能利用网络上其他对等体的资源, 也能为网络提供一定的资源, 使得资源共享不再完全依赖于中心服务器。P2P使互联网的存储模式由现在C/S或B/S模式的“内容位于中心”转变为“内容位于边缘”, 用户可扫描活动节点, 查找、下载信息, 并可与其他节点分享, 使信息能迅速传播到多点, 实现网络中信息共享, 用户发布信息也更加方便。而且P2P模式的资源共享及动态的分布式信息存储形式使对等点越多、网络性能越好, 随规模的增大而越发稳固, 使网络具有极强的可扩展性, 不会出现服务器瓶颈现象。

目前的P 2 P网络结构大致可以分为4种: (一) 集中式P2P网络, 这种网络形式上有一个中心服务器来记录负责客户端共享信息以及回答客户端对这些信息的查询。由于节点位置可以通过服务器查找, 因此发现节点的效率最高, 可维护性也最好, 但是其扩展性和可靠性比较差。 (二) 完全分布式非结构化P2P网络, 在这种网络中, 没有专门的服务器, 每个节点既是服务器又是客户端。 (三) 完全分布式结构化P2P网络, 该网络结构也没有专门的服务器。 (四) 混合式P2P网络, 这种结构结合了集中式和分布式P2P形式的优点。

三、虚拟教室的结构设计

本虚拟教室P2P模型采用集中式结构, 便于管理和维护, 而且由于虚拟教室的用户群可以确定, 所以其缺点可以忽略, 另外采用了Web服务器以增强虚拟教室的功能。

该系统总体结构如图1所示, 各部分功能如下。

(一) P2P服务器功能

P2P服务器用于发现节点以及查找资源。当客户端登录时, 首先通知P2P服务器, 同时告知服务器本机拥有的资源, P2P服务器记录下来, 并通知其他节点有新节点加入以及新资源目录。当有客户端离开时, P2P向网络中其他节点发出通知, 删除该节点, 更新资源目录。视频和音频都采用P2P网络传输。

(二) Web服务器功能

Web服务器有以下几个功能模块, 如图1所示。

用户管理模块, 用于用户实名注册, 管理员删除用户以及客户端登录P2P网络时对客户端进行认证等管理操作。

学习笔记模块, 允许用户建立并管理学习笔记。允许使用文字和图片, 用户可以在线添加、修改、删除学习笔记, 并能够和其他用户共享学习笔记。允许用户利用客户端下载或上传笔记, 防止出现服务器无法登陆不能学习的问题, 每个用户的学习笔记的总空间是有限的。

学习论坛模块, 按专业, 按课程建立板块。教师拥有比较高的权限可以设定某些帖子只能看到楼主的言论, 用于布置作业, 或者考试, 在结束后可以解除限制, 用于学生学习交流。另外论坛中的每个主题都可以设定话题标签, 以便于搜索相似问题, 同时每个用户都可以收藏帖子。

(三) 教师客户端功能

教师客户端需要麦克风和摄像头用来采集声音和视频。教师端的声音来源于两个方面, 麦克风和主机声卡的声音;视频来源于摄像头采集、教师主机的屏幕录制或者预先录制好的教学视频。声音和视频的来源究竟采用哪一种, 完全视上课需要而定。

如图2所示, 教师客户端的功能主要有:

建立和关闭教室模块, 登录P2P网络后, 教师客户端建立实时教室, 同时向P2P服务器发送教室记录以及开课时间。教师开始上课, 采用预先录制好的视频或者现场录制并传输教学视频, 此处允许教师视情况选择音频和视频的码率。

管理学生模块, 在收到学生申请进入教室的请求后, 允许学生加入, 或者将非本班学生踢出, 在开课过程中, 可以点名提问, 所有音频和视频数据均向整个教室发送。该模块还可以设定分组, 将教室内的学生进行分组, 以便于分组讨论。该分组中的各个客户端的分组讨论数据仅在各自的组内广播。另外教师端具有巡视功能, 可以强行加入任何一个分组旁听。

电子白板模块, 利用电子白板和学生探讨问题, 因为在网络状况不好的时候, 音频会出现失真, 利用电子白板可以避免这样的问题。电子白板中的内容利用P2P网络向教室内所有用户发送, 可以使用文字和图形。电子白板可以被录制到教学视频中。

(四) 学生客户端的功能

学生客户端要求能够接受实时教学视频以及播放非实时教学视频, 为了尽可能提高学习效率, 在非实时的情况下要尽可能的接近实时的效果, 学生客户端的功能比较强大。

如图3所示, 学生客户端的功能主要有以下几个模块。

登录及退出模块:学生客户端经过验证后登录P2P网络, 同时向服务器发出请求, 查找并下载当前网络中的课程目录, 申请加入实时教室或者复习教室 (我们把学生客户端建立的非实时教室称为复习教室) , 以及在课程结束或者进入错误教室的时候退出教室。

复习模块, 在课后复习, 或者在没有实时教室的时候可以播放已有的教学视频。在本模块中, 允许学生建立一个复习教室, 在复习教室建立的同时, 允许学生决定是否要加入P2P网络, 在网络拥挤的时候不加入网络, 在网络空闲的时候可以加入P2P网络, 如果加入, 则向P2P服务器传送复习教室名称以及建立时间。并且可以拥有一定的管理权限, 可以踢掉房间内的用户。在网络上的其他学生查看到此复习教室后, 可在房主 (建立该复习教室的学生) 同意的情况下加入该教室, 共同学习交流。

电子白板模块, 在实时上课时, 用于和教师及同学交流, 在非实时播放教学视频时, 可以用来和同一复习教室中其他同学交流。电子白板中的内容向整个教室发送。

提问模块, 允许学生客户端向教师发出提问请求, 得到应答后, 教师和提出请求的学生的交流内容向整个教室发送。

分组讨论模块, 在上课过程中, 分组讨论, 可以是教师安排, 也可以学生自己建立分组, 组长 (建立分组的学生) 拥有加入和踢出组员的权限。组员拥有申请加入或者退出分组的权限。分组讨论时, 讨论的数据在组内传送。

学习笔记模块, 提供给学生记录学习心得体会功能, 允许上传和下载笔记。学生在本地编辑好笔记之后上传到服务器, 下次登录时可以从服务器上下载。

好友模块, 该模块允许学生添加和管理好友列表。学生客户端在登录P2P网络时, 要接受web服务器的验证, 因此学生可以查找在线用户, 并将其加入好友列表, 以便于学习交流。好友之间的交流采用P2P网络传输, 无需经过服务器中转。

四、总结

本虚拟教室系统建立在集中式P2P网络结构基础上, 既可以使用在互联网上也可以使用在校园网, 系统的适用范围比较广泛。该系统强化了学生客户端, 使得学生在拥有必需的课程视频时, 能够在无教师实时指导的情况下也可以得到很好的学习体验。该系统让非实时教学真正得以实现, 有效地利用了已有的课程资源, 解决了课程资源不足的难题。

参考文献

[1]杨天路, 刘宇宏, 张文, 原毅强, 龙紫薇, 魏小康等.P2P网络技术原理与系统开发案例[M].北京:人民邮电出版社.2007.

[2]伍华健.P2P技术在远程教育系统开发中的应用研究[J].计算机科学.2006 (, 9) :287～290.

[3]杨杰, 汪材印.基于P2P技术的远程教学系统设计[J].多媒体教学.2004 (, 11) :85～87.

[4]何丕廉, 苏成君, 郝祯亮.网上虚拟教室中笔记系统的设计与实现[J].计算机工程与应用.2001, (18) :83-84.