语义聚集的P2P服务组织模型_兰明敬

表１是路由表内容示例，为书写方便，表１中的一行 表 示 路由表中存储的一项数据。
图 １ 语 义 树 结 构
表 １ 路 由 表 内 容 示 例
ｉｄ
ＳＣＦ／基 础／存 储／简 单 存 储
…
ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ＝｛ｐｕｔ，ｇｅｔ｝；ｐｕｔ＿ｉｎ＿ｍｅｓｓａｇｅ＝ ｛Ｓｔｒｉｎｇ，Ｏｂ－
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ
ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｗｅｌｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｎｅａｒｌｙ ａｙｅａｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ，Ｓｅｒｖｉｃｅ ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，Ｓｅｍａｎｔｉｃ ｔｒｅｅ，Ｆｕｚｚｙ ｓｅａｒｃｈ
Ｗｅｂ服务、云计算的迅 猛 发 展 及 其 在 商 业、市 民 服 务、军
语义树 Ｓ－Ｔｒｅｅ； ２）修改 Ｋａｄｅｍｌｉａ算 法，以 服 务 为 覆 盖 网 结 点，依 据 服 务
在语义树中的路径而非传统的二进制形式对服务进行标识， 相应地改造路由表和路由算法、路由表更新算法，建立支持 语 义路由的覆盖网络，称之为 ＳＫａｄ；
３）依托语义树和 ＳＫａｄ网络来 实 现 服 务 请 求 到 服 务 操 作 的路由；
心的概念，将管理任务分解到多个本地注册中心上；随后人 们 糊搜索等。
提出了基于 Ｐ２Ｐ 覆盖网络的服 务 注 册 机 制，将 服 务 信 息 分 散
本文第１节对模型 及 其 关 键 点 进 行 介 绍；第 ２ 节 对 基 于
地存储在大量的、廉价的覆盖网结点上，利用覆盖网络本身 的 该 模 型 的 应 用 系 统 以 及 部 分 扩 展 应 用 形 式 进 行 了 讨 论 ；第 ３
织模型，其特 征 为：１．采 用 改 进 的 Ｋａｄｅｍｌｉａ［２］覆 盖 网 络 组 织
事 领 域 的 广 泛 应 用，对 服 务 计 算 系 统 的 实 时 性 和 可 靠 性 提 出 服务；２．结点标识并非传统的二进制码，而是一个能够描 述 结
了更高的要求。传统的服务组织模型包含提供者、请求 者、注 点对应服务功能的语 义 串；３．该 语 义 串 来 源 于 应 用 系 统 预 先
本文在前人研 究 的 基 础 上 提 出 了 一 种 新 的 Ｐ２Ｐ 服 务 组 若干服务，每个服务包含若干服务操作，同样的服务实现可 以
到 稿 日 期 ：２０１２－０６－２０ 返 修 日 期 ：２０１２－１１－１５ 本 文 受 国 家 ８６３ 计 划 项 目 （２００９ＡＡ０１２４１７）资 助 。 兰明敬（１９８２－），男，博士生，讲师，主要研究方向为 Ｐ２Ｐ 系统、服务计算，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｎｍｉｎｇｊｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ。
发生故障所引发的 服 务 中 断 却 无 能 为 力。 同 时，双 机 热 备 份 层 的 应 用 具 有 天 然 的 关 联 ，能 够 基 于 这 种 特 征 实 现 多 种 灵 活
技术的高昂造价和管理费用也使很多中小型企业望而却步。 有用的应用形式，包括无注册者角色和发布、查找操作的服 务
２００４年１０月推出的 ＵＤＤＩ３．０．２［１］规范中提 出 了 附 属 中 组织模型、异步服务 调 用、模 糊 调 用、动 态 调 度、并 行 计 算、模
路由机制进行信息的注册与发现。这些分布式的服务注册 与 节对全文进行总结，讨论了模型的优缺点和适用领域。
管理机制能够有效降低服务中断风险，降低系统造价。 然 而，
结点数量的增加不可避免地带来结点扰动、数据一致性、冗 余 １ 模型
备份等一系列问题。
本文讨论的服务系 统 由 多 个 主 机 结 点 组 成，结 点 上 部 署
Ｐ２Ｐ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｍａｎｔｉｃ Ｔｒｅｅ
ＬＡＮ Ｍｉｎｇ－ｊｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
图 ２ 语 义 树 例 子
设树中任一结点的子结点 数 目 为 Ｗｉ，且 ｍａｘ（Ｗｉ）＝Ｗ ， 即 Ｗ 为树中 的 最 大 兄 弟 个 数。Ｗ 决 定 路 由 表 Ｋ 桶 的 大 小 （见第１．５节），因此 在 实 际 应 用 中 Ｗ 的 数 值 不 宜 过 大，如 果 过大，则应对树进行调整，分裂 直 接 子 树 过 多 的 结 点，减 少 Ｗ 值。 １．２ 结 点
两台主机交替运行来保证业务的连续性。这种技术可以有 效 而，网 络 中 的 各 服 务 按 语 义 树 对 应 的 功 能 域 形 成 层 次 状 的 聚
应 对 服 务 器 宕 机 所 引 发 的 单 点 失 效 ，但 对 于 服 务 器 所 在 网 络 集关系。这种特点使得覆盖网路由过程与服务的功能以及 上
第 ４０ 卷Байду номын сангаас 第 ４ 期 ２０１３ 年 ４ 月
计算机科学 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ
语义聚集的 Ｐ２Ｐ 服务组织模型
Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．４ Ａｐｒ ２０１３
兰明敬
（解 放 军 信 息 工 程 大 学 信 息 工 程 学 院 郑 州 ４５０００２）
摘 要 针对集中式和传统分布式服务注册与发现机制 中 存 在 的 问 题，提 出 一 种 新 的 服 务 组 织 模 型。该 模 型 归 纳 服 务系统中各服务功能来建立语义树，依据此语义树产生 的 语 义 串 对 服 务 进 行 标 识，采 用 改 进 的 Ｋａｄｅｍｌｉａ算 法 将 服 务 组织起来，形成按语义树聚集的、使用语义串进行结点发现的 Ｐ２Ｐ 覆盖网 络，从 而 解 决 了 单 点 失 效、性 能 瓶 颈 问 题，实 现了不依赖注册中心和注册操作的、自发现的服务调用。它 具 有 高 可 扩 展 性，能 够 支 撑 动 态 调 度、模 糊 搜 索 等 应 用 形 式 ，已 在 某 服 务 计 算 平 台 中 成 功 应 用 ，该 平 台 已 通 过 验 收 并 连 续 运 行 近 一 年 。 关 键 词 Ｐ２Ｐ，服 务 发 现 ，语 义 树 ，模 糊 搜 索 中 图 法 分 类 号 ＴＰ３９３ 文 献 标 识 码 Ａ
路由表中的实 体 被 划 分 到 Ｍ ＋１ 个 Ｋ 桶 （ＫＢｕｃｋｅｔ）中。
图 ３ 按 语 义 聚 集 的 服 务 组 织 结 构
１．３ 路 由 表 利用结点 加 入 和 更 新 算 法 （参 见 Ｋａｄｅｍｌｉａ），每 个 ＳＫａｄ
结 点 都 维 持 着 一 张 路 由 表 （Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｔａｂｌｅ，Ｔ）。 路由表中存放着其他结点（即服务）信息。这些信息 被 称
为 实 体 （Ｉｔｅｍ），表 示 为 ： Ｉ＝ ｛ｉｄ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｅｎｄｐｏｉｎｔ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ｝
ｊｅｃｔ｝； ｐｕｔ＿ｏｕｔ＿ｍｅｓｓａｇｅ＝ ｛｝；ｇｅｔ＿ｉｎ＿ｍｅｓｓａｇｅ＝ ｛Ｓｔｒｉｎｇ｝；
…
ｇｅｔ＿ｏｕｔ＿ｍｅｓｓａｇｅ＝ ｛Ｏｂｊｅｃｔ｝；
ｅｎｄｐｏｉｎｔ ｅｎｄｐｏｉｎｔ＝“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｆ．ｃｏｍ：８０８０／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／Ｓ３” …
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｑｏｓ＝ ｛ｐｅ＝３２，ｍｅｍ＝２ＧＢ，ｄｉｓｋ＝３０ＴＢ｝ ｒｅｓｔｒｉｃｔ＝ ｛ｕｓｅｒ＿ｔｙｐｅ＝ ＡｕｔｈｏｒｉｚｅｄＵｓｅｒ，ｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ＝ … ＳＣＦ｝
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在 一 个 或 多 个 主 机 结 点 上 多 次 部 署 形 成 多 个 “服 务 副 本 ”。 在此基础上，提出了 一 种 新 的、Ｐ２Ｐ 的、仅 有 请 求 者 和 提
供 者 的 服 务 组 织 模 型 ，其 基 本 思 路 是 ： １）针对应用系统，对 系 统 中 各 服 务 的 功 能 进 行 归 纳 建 立
册者３个角色，其集中式的服务注册、发现机制必然存在 单 点 建立的、描述系统中各服务功能的语义树。
失效和性能瓶颈等问题。
第２ 点 特 征 是 本 文 区 别 于 传 统 Ｐ２Ｐ 服 务 发 现 的 关 键。
常见的解决方案是 双 机 热 备 份 技 术，其 通 过 共 享 数 据 的 基于该特征，覆盖网络中功能相近的服务具有更近的距离，进
４）扩展 ＳＫａｄ的功能，实现并行计算、模糊搜索等应用。 １．１ 语 义 树
语义树描述了 给 定 服 务 系 统 中 各 服 务 名 称 及 其 功 能 类 别，其结构及例子 如 图 １、图 ２ 所 示。 语 义 树 共 有 Ｍ ＝ｎ＋２ 层，第１层为树根，用于区 分 其 他 服 务 系 统；第 ２ 至 Ｍ －２ 层 枚 举 了 应 用 系 统 中 所 有 服 务 操 作 的 功 能 类 别 ，其 中 各 结 点 间 的父子关系等价于对应功能类 别 的 包 含 关 系；Ｍ 层 枚 举 了 系 统中的所有服务。
结点及结点标识是 ＳＫａｄ区别于 Ｋａｄｅｍｌｉａ的重要内容。 ＳＫａｄ以服务为覆盖网结点，依据服务在语义树中的 路 径 而非二进制编码的形式对结点进行标识： ｉｄ＝（ｓ１，ｓ２，… ，ｓＭ ） ｓ１，ｓ２，…，ｓＭ 为语 义 树 根 结 点 到 服 务 所 在 叶 子 结 点 路 径 上各结点的值，如图２中 简 单 存 储 服 务 的ｉｄ 为：“ＳＣＦ／基 础／ 存储／简单存储”。显 然，同 一 服 务 实 现 的 不 同 服 务 副 本 具 有 完 全 相 同 的ｉｄ。 结点标识决定着结点在 ＳＫａｄ网 络 拓 扑 中 的 位 置。 按 照 上述结点标识形式，在下文路由算法的作用下，结点（即服 务） 将呈 现 出 按 语 义 树 所 定 义 的 功 能 进 行 聚 集 的 形 态 ，如 图 ３ 所 示。
式中，ｉｄ 为结点 标 识；ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 为 操 作 列 表，描 述 结 点 对 应 的服务中包含的各操作及其输入、输出消息 类 型；ｅｎｄｐｏｉｎｔ为 端点，包括该服务所在主机地址、端口 号、ＵＲＬ 等 信 息；ｐｒｏｐ－ ｅｒｔｉｅｓ是属性列表，存放服务的 ＱｏＳ、访问控 制 等 信 息，可 以 利 用 此 项 实 现 灵 活 多 样 的 服 务 访 问 形 式 （见 第 ２ 节 ）。