肖 祿，黃 韜，2，劉 江，魏 亮

（1.北京郵電大學(xué) 北京100876；2.南京（中國）未來網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心 南京211100）

1 引言

同當(dāng)年的互聯(lián)網(wǎng)一樣，物聯(lián)網(wǎng)也已經(jīng)成為一種勢不可擋的時(shí)代潮流。物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；l(fā)展與應(yīng)用亟需建立一套可靠高效的公共服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施和信息共享機(jī)制，而這種共享機(jī)制的核心問題在于建立一個(gè)高效健壯的物聯(lián)網(wǎng)命名解析網(wǎng)絡(luò)。在該領(lǐng)域的研究與實(shí)踐中，美國EPCglobal組織[1]和日本泛在ID中心（ubiquitious ID center）的標(biāo)準(zhǔn)體系[2]中均探討了物聯(lián)網(wǎng)命名解析服務(wù)的內(nèi)容。其中，目前應(yīng)用比較廣泛的是EPCglobal提出的基于DNS（domain name system，域名系統(tǒng)）架構(gòu)的對象命名解析系統(tǒng)，即ONS（object naming service，對象命名服務(wù)）[3]解析系統(tǒng)。

然而，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，物品的地址空間也會(huì)迅速增長。對于這種ONS解析系統(tǒng)，在進(jìn)行信息對象的詳細(xì)信息定位查找、命名解析時(shí)，會(huì)出現(xiàn)根ONS（root ONS）瓶頸問題，甚至導(dǎo)致查詢時(shí)延過大、查詢效率過低以及單點(diǎn)失效等問題。

為了解決以上提到的ONS解析系統(tǒng)存在的問題，部分研究開始采用基于 DHT（distributed Hash table，分布式散列表）的 P2P（peer-to-peer，點(diǎn)對點(diǎn)）技術(shù)[4,5]。但是，扁平結(jié)構(gòu)的DHT解析結(jié)構(gòu)并未能考慮到網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性[6]，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，弱節(jié)點(diǎn)將嚴(yán)重地制約P2P網(wǎng)絡(luò)的性能，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性能急劇下降[7]。于是，針對扁平DHT解析結(jié)構(gòu)存在的問題，研究人員提出了層次化DHT網(wǎng)絡(luò)方 案 ，如 HIERAS[8]、Structured Superpeers[9]、Canon 原 則[10]等。但這些方案依然存在不足之處，如HIERAS[8]和Structured Superpeers[9]的層次化設(shè)計(jì)中沒有考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此存在路由復(fù)雜、查詢效率過低等問題；Canon原則[10]雖然可以反映拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是只適用于特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌▽?shù)型網(wǎng)絡(luò)）。

另外，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)命名問題存在眾多標(biāo)識(shí)方案，且同類標(biāo)識(shí)方案也存在不同的編碼技術(shù)，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)是否采用層次化的命名空間仍未確定[11]。因此，目前還沒有統(tǒng)一的可兼容的物聯(lián)網(wǎng)命名解析系統(tǒng)，能夠滿足對多種標(biāo)識(shí)同時(shí)進(jìn)行正確的查詢解析和路由轉(zhuǎn)發(fā)，并能夠兼容層次化和非層次化的命名空間，這些都是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)命名解析系統(tǒng)仍未解決的問題。

針對上述問題，本文提出一種PTDHT-RS（physically topological distributed Hash table resolution system，基于物理拓?fù)涞腄HT解析系統(tǒng)）。該解析系統(tǒng)以層次化DHT網(wǎng)絡(luò)思想為基礎(chǔ)，并依據(jù)實(shí)際的底層物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組織部署，不僅可以解決ONS解析系統(tǒng)存在的負(fù)載不均衡、單點(diǎn)失效以及查詢效率過低等問題，而且能夠全面反映底層物理網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而使得解析及路由過程得到優(yōu)化，并使解析后的數(shù)據(jù)回傳效率更高。同時(shí)，本系統(tǒng)還可以為層次化和扁平化命名空間提供統(tǒng)一的解析架構(gòu)，是一種兼容性的解析方案。

2 ONS解析機(jī)制

ONS是EPC系統(tǒng)中的命名解析模塊，類似于互聯(lián)網(wǎng)DNS，是一個(gè)分布式的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。ONS由映射信息、根ONS、ONS 服務(wù)器、ONS 本地緩存（ONS cache）、本地 ONS解算器（local ONS resolver）5個(gè)部分組成，其基本功能是將一個(gè)物品的產(chǎn)品電子代碼[1]（electronic product code，EPC）映射到一個(gè)或者多個(gè)EPCIS（EPC information service，EPC信息服務(wù)器）的 URI（uniform resource identifier，網(wǎng)絡(luò)通用資源標(biāo)識(shí)符）。類似于DNS將域名地址轉(zhuǎn)換成IP地址，ONS首先把一個(gè)EPC映射到一個(gè)或者多個(gè)NAPTR（naming authority pointer，名稱權(quán)威指針）（統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)（URI）的一種定義格式），然后這些NAPTR在本地DNS中轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的一個(gè)或者多個(gè)URI，最后通過這些URI查詢解析到在EPCIS（或Web）服務(wù)器上關(guān)于此產(chǎn)品的詳細(xì)信息[12]，圖1是一個(gè)典型的ONS查詢過程演示。

如圖1所示，ONS的典型查詢步驟如下。

（1）從 RFID（radio frequency identification，射頻識(shí)別標(biāo)簽）標(biāo)簽中讀取一個(gè)EPC序列。

（2）標(biāo)簽解讀器將這個(gè)EPC序列發(fā)送到本地服務(wù)器。

（3）本地服務(wù)器根據(jù)標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[13]把這些比特流轉(zhuǎn)換成URI形式，再將此URI發(fā)送給本地ONS解算器。

（4）本地ONS解算器將此URI轉(zhuǎn)換為域名形式，并發(fā)出對這個(gè)域名的NAPTR查詢。

（5）DNS服務(wù)器返回一系列NAPTR記錄回答，其中包含有指向一個(gè)或者多個(gè)相關(guān)服務(wù)的URI。

（6）本地ONS解算器從返回的NAPTR記錄中提取出需要的EPCIS服務(wù)器的RUI，返回給本地服務(wù)器。

（7）本地服務(wù)器最終與目的EPCIS服務(wù)器建立連接。

在ONS系統(tǒng)中，根ONS服務(wù)器處于ONS層次結(jié)構(gòu)中的最高層，擁有命名空間中的最高層域名，基本上所有的ONS查詢都從根ONS服務(wù)器開始，因此，在EPC網(wǎng)絡(luò)中，對根ONS服務(wù)器的性能要求相對較高。目前EPC-ONS在全球部署了大約14臺(tái)根 ONS服務(wù)器，每臺(tái)根 ONS服務(wù)器負(fù)責(zé)一個(gè)特定國家或地區(qū)的EPC編碼解析服務(wù)。由于物聯(lián)網(wǎng)的命名地址空間大于IP命名地址空間，并且預(yù)計(jì)將不斷擴(kuò)大，因此，在當(dāng)前的ONS架構(gòu)下，根ONS服務(wù)器將不可避免地出現(xiàn)負(fù)載過重的問題，目前，EPCglobal和Verisign并未提出該問題的有效解決方案。

3 基于層次化DHT的解析機(jī)制

為了解決ONS解析系統(tǒng)中存在的根節(jié)點(diǎn)負(fù)載重、查詢效率低、查詢時(shí)延大等問題，研究人員開始在ONS解析服務(wù)中采用P2P技術(shù)，特別是結(jié)構(gòu)化P2P技術(shù)[14～16]。柏林洪堡大學(xué)的Sergei Evdokimov[17]等人在2010年的IEEE傳感網(wǎng)絡(luò)與可信計(jì)算會(huì)議上總結(jié)了現(xiàn)存的5種DS（discovery services，發(fā)現(xiàn)服務(wù)）的實(shí)現(xiàn)原理和各方面性能上的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)指出基于DHT技術(shù)的結(jié)構(gòu)化P2P技術(shù)的ONS解析系統(tǒng)的綜合性能更具優(yōu)勢。

在基于DHT的P2P網(wǎng)絡(luò)（簡稱結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)或DHT網(wǎng)絡(luò)）中，節(jié)點(diǎn)盡管具有不同的計(jì)算能力和穩(wěn)定性，但在網(wǎng)絡(luò)中都承擔(dān)著同樣的功能角色，即在散列空間上負(fù)責(zé)關(guān)鍵字的注冊和查詢，其中比較典型的系統(tǒng)有Chord[18]、KAD[6]等，然而，已有研究表明，DHT網(wǎng)絡(luò)中不僅節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力（包括存儲(chǔ)空間、帶寬以及CPU性能等）具有很大差異性[7]，而且節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性也存在很大差異，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)、任意地加入或離開網(wǎng)絡(luò)[19～21]。隨著DHT網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，弱節(jié)點(diǎn)（即計(jì)算能力差，或動(dòng)態(tài)變化劇烈，或計(jì)算能力差且動(dòng)態(tài)變化劇烈的節(jié)點(diǎn)）嚴(yán)重地制約著DHT網(wǎng)絡(luò)的性能[7]。為了克服該問題，研究者提出了許多層次化DHT網(wǎng)絡(luò)，其中典型的系統(tǒng)有層級化 Chord2[22]、HIERAS[8]和Structured Superpeers[9]等，如圖2所示是一個(gè)簡單的兩層層次化DHT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

層次化DHT網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)有：穩(wěn)定的高性能節(jié)點(diǎn)被選作為超級節(jié)點(diǎn)，在超級節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建的上層DHT網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)代價(jià)和查詢跳數(shù)相對于扁平的DHT網(wǎng)絡(luò)更少，且能有效應(yīng)對DHT網(wǎng)絡(luò)中的churn問題（即節(jié)點(diǎn)頻繁地加入或離開對DHT網(wǎng)絡(luò)性能造成的嚴(yán)重影響）。

但是，由于現(xiàn)有的層次化DHT解析系統(tǒng)沒有考慮到節(jié)點(diǎn)的實(shí)際物理距離，導(dǎo)致邏輯鄰近的節(jié)點(diǎn)可能實(shí)際相距甚遠(yuǎn)，因此，現(xiàn)有層次化DHT解析系統(tǒng)在信息對象查詢解析過程中花費(fèi)的實(shí)際鏈路時(shí)延較大，缺乏路由本地性。此外，由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的信息對象更傾向于富媒體化（如大文件、音頻、視頻以及高清視頻等）的內(nèi)容，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)所需的命名地址空間迅速擴(kuò)大、信息容量急劇增加，這種情況下，信息對象查詢解析過程中的路由本地性以及解析得到數(shù)據(jù)的回傳效率就顯得尤為重要。學(xué)術(shù)界針對這一問題已提出一些考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母倪M(jìn)DHT網(wǎng)絡(luò)，如改進(jìn)d維CAN的PNS方法[23]和Canon原則[10]，其基本思想是將節(jié)點(diǎn)分區(qū)域分簇，分別建立子DHT系統(tǒng)，再將子DHT系統(tǒng)按層次有機(jī)結(jié)合。但是這些已有的方案只適用于特定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如Canon方法只適用于對數(shù)型網(wǎng)絡(luò)，所以，物聯(lián)網(wǎng)的解析系統(tǒng)仍有進(jìn)一步研究的空間。

4 基于物理拓?fù)涞腄HT物聯(lián)網(wǎng)解析機(jī)制

為了解決目前EPC-ONS、單/多層DHT-ONS解析系統(tǒng)存在的問題，建立一套統(tǒng)一的可行且兼容性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)解析系統(tǒng)方案，本文提出PTDHT-RS。PTDHT-RS可以解決現(xiàn)有解析系統(tǒng)所存在的問題，并為層次化命名空間和非層次化命名空間解析提供統(tǒng)一的解析架構(gòu)。本節(jié)將首先對PTDHT-RS的架構(gòu)進(jìn)行描述，再詳細(xì)分析信息注冊和查詢解析的過程，最后介紹位于管理層級的全球命名解析部分以及結(jié)合結(jié)構(gòu)化層次化命名的優(yōu)化解析方法。

4.1 系統(tǒng)描述

本文提出的PTDHT-RS分為兩大步驟來處理以ID標(biāo)識(shí)的信息對象的查詢解析。在第一階段，即解析階段中，ID標(biāo)識(shí)被解析成一個(gè)位置列表，這一列表指向所需要查找的數(shù)據(jù)對象的副本。在第二階段，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，根據(jù)配置參數(shù)（如網(wǎng)絡(luò)狀況等）從位置列表中選擇出最佳位置信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對象以最佳路徑從源端發(fā)送到請求端。

如圖3所示，DHT域按照嵌入式、層次化的結(jié)構(gòu)組織建立一個(gè)DHT樹結(jié)構(gòu)，用來反映底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)湫枨?，可以有效解決查詢解析過程中的路由低效問題。其中具有相同屬性的多個(gè)互聯(lián)的DHT域構(gòu)成一個(gè) AD（autonomous domain，自治區(qū)域），例如具有相同的信息提供商的DHT域可以實(shí)現(xiàn)聚合，形成一個(gè)大型的AD。每個(gè)DHT域代表不同拓?fù)鋵蛹壍木W(wǎng)絡(luò)，例如AS（autonomous system，自 治 系 統(tǒng) ）層 級 、POP （point of presence，入網(wǎng)點(diǎn)）層級和 AN（access node，接入點(diǎn)）層級。AN位于該系統(tǒng)最底層，用戶/主機(jī)節(jié)點(diǎn)通過AN與PTDHT-RS建立聯(lián)系。從用戶角度來看，AN層級就類似于互聯(lián)網(wǎng)中的本地DNS服務(wù)器。每個(gè)DHT域的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)要按照P2P的模式組織，可以使用自己獨(dú)立的DHT機(jī)制，例如使用Pastry或Chord算法進(jìn)行數(shù)據(jù)對象的查詢。

在解析階段，DR（dictionary record，記錄字典項(xiàng)）中存儲(chǔ)對象的位置列表，包含對象位置ID標(biāo)識(shí)的綁定信息和相關(guān)數(shù)據(jù)單元。PTDHT-RS字典中存儲(chǔ)的DR項(xiàng)與多個(gè)DHT域相關(guān)。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，PTDHT-RS和底層的傳輸轉(zhuǎn)發(fā)/路由層是獨(dú)立的。例如，轉(zhuǎn)發(fā)最佳路徑可以通過傳統(tǒng)的基于拓?fù)涞穆酚煞绞剑ㄈ鏞SPF、ISIS、BGP）獲得，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?/p>

通常情況下，PTDHT-RS中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅參與自己的DHT域的內(nèi)部操作，也會(huì)參與部分或所有的高層DHT域的操作，即該系統(tǒng)高層級的DHT域是通過匯聚底層較小的DHT域節(jié)點(diǎn)，建立一個(gè)單一的、更大規(guī)模的DHT域，因此，此處定義這個(gè)新型的解析系統(tǒng)為物理拓?fù)浠度胧降膶蛹壔馕鱿到y(tǒng)（PTDHT-RS）。系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自由選擇加入DHT域的范圍。該系統(tǒng)可以從ONS的邊緣節(jié)點(diǎn)開始組織，逐漸增長，形成更大規(guī)模，甚至全球性的PTDHT-RS，這樣在實(shí)際部署中會(huì)更加容易。例如,該系統(tǒng)可以首先部署在一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)中，然后與大型的系統(tǒng)建立聯(lián)系，最終形成一個(gè)單一的、更大規(guī)模的PTDHT-RS。

此外，該解析系統(tǒng)中，路由和轉(zhuǎn)發(fā)以兩種獨(dú)立的方式發(fā)出請求：域內(nèi)路由/轉(zhuǎn)發(fā)方式，例如一個(gè)DHT域內(nèi)，可以執(zhí)行由DHT域的提供商決定的路由/轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 （如通過Chord算法）；域間路由/轉(zhuǎn)發(fā)方式，例如在DHT域之間，需要把該請求轉(zhuǎn)交給更高層級的一個(gè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)域間的路由/轉(zhuǎn)發(fā)，該節(jié)點(diǎn)同時(shí)屬于不同DHT域。

4.2 信息注冊與查詢

在PTDHT-RS中進(jìn)行物品信息注冊與查詢解析時(shí)，會(huì)涉及兩大主要原語——put和get原語。首先，通過put(ID，metadata)可以將新的信息對象的散列值ID注冊入網(wǎng)，如圖3所示。然后，當(dāng)有客戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢請求時(shí)，就通過get(ID)在系統(tǒng)中進(jìn)行查詢解析，最終獲得信息對象的詳細(xì)信息。信息注冊與查詢分組含以下信息。

（1）接口原語

PTDHT-RS中，主要用到 put(ID，metadata)和 get(ID)兩大原語。put原語用來在網(wǎng)絡(luò)詞典里注冊綁定信息，例如用于公開對象ID與一組位置列表或者元數(shù)據(jù)綁定等；get原語用來請求系統(tǒng)返回一組位置列表，也可以請求返回和特定ID綁定的元數(shù)據(jù)信息。

（2）注冊過程

首先，在PTDHT-RS中注冊用戶設(shè)備的標(biāo)識(shí)ID TK。在用戶AN處，TK映射為存儲(chǔ)對象信息的本地地址K（如EPCIS的地址），這個(gè)映射信息對于用戶接入點(diǎn)可以是私有的。然后，信息對象就可以在用戶AN處注冊，使得連接到同一AN的本地用戶都可以訪問所注冊的信息。同時(shí)，在PTDHT-RS中注冊一個(gè)新的對象會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的DR，通常用來存儲(chǔ)對象X的標(biāo)識(shí)ID映射到用戶設(shè)備標(biāo)識(shí)ID TK的間接綁定信息。DR中可以注冊兩種類型的綁定信息：本地直接綁定信息（將對象/節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)ID映射到具體的網(wǎng)絡(luò)位置）和間接綁定信息（將對象/節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)ID映射到其他的節(jié)點(diǎn)ID）。

然后，將新信息對象的注冊請求廣播到PTDHT-RS樹結(jié)構(gòu)中，使得沿著AN到根節(jié)點(diǎn)AS的傳播路徑中的高層級DHT域上也存儲(chǔ)有對象X的DR。在所有層級的DHT域中，除將在4.3節(jié)中提到的最高層級GNR(global name resolution，全球命名解析）之外，散列（對象ID）的值均作為DHT域內(nèi)存儲(chǔ)及查詢解析信息對象的關(guān)鍵字。

此外，在高層級的DHT域中，對象標(biāo)識(shí)ID映射到接入點(diǎn)ANZ的地址Z處，從而在該接入點(diǎn)ANZ處可以通過用戶主機(jī)TK的地址K獲得所要查詢的信息對象X。這種綁定信息的方式允許保持主機(jī)地址私有，同時(shí)因?yàn)樾枰獜淖畛醯牟樵兘尤朦c(diǎn)收到回復(fù)的響應(yīng)，所以也提升了安全性。另外，這種間接的綁定信息方案使得信息對象的移動(dòng)性也得到了很好的支持，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)可以像移動(dòng)IP“home agent”一樣將請求重定向到新的TK節(jié)點(diǎn)的位置處。

PTDHT-RS中，提供商可以指定每個(gè)對象信息的注冊范圍，這就限定了各自DR在樹結(jié)構(gòu)中的傳播范圍。例如：可以將信息對象的注冊限定在本地公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部而不向上級DHT域傳播。

（3）查詢過程

如圖4所示，用戶（如主機(jī)T0）發(fā)出信息對象X的查詢請求，該請求首先在ANA處進(jìn)行查詢分析處理。若查詢解析到需要查找的信息對象則停止查詢解析過程，返回響應(yīng)信息；若在ANA處沒有獲得信息對象標(biāo)識(shí)ID的對象信息而解析失敗 （例如還沒有將數(shù)據(jù)對象的副本在該DHT解析域內(nèi)注冊）時(shí)，就將該請求逐層向上廣播到更高的DHT域中，直到找到所要查詢的信息對象的副本，或者在最高層級的DHT域中也未能解析到所查詢的信息對象時(shí)，則停止查詢解析過程。最后返回響應(yīng)信息。

該系統(tǒng)中，低層級DHT域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間通常要更加鄰近，所以通過以上的查詢解析方式，可以優(yōu)化解析和數(shù)據(jù)回傳問題。查詢解析時(shí)，堅(jiān)持選擇來自最近DHT域的信息對象副本的原則，使得數(shù)據(jù)信息流總保持在本地，從而有效避免域間的數(shù)據(jù)對象信息流，滿足本地內(nèi)容屬性。這樣可以進(jìn)一步優(yōu)化任播路由策略和位置感知內(nèi)容分發(fā)策略。綜上所述，該系統(tǒng)中信息對象更容易獲得本地訪問解析模式，從小型的DHT解析結(jié)構(gòu)中獲益。

4.3 全球命名解析

物聯(lián)網(wǎng)中，按照地域劃分的每個(gè)門戶所管轄的AD內(nèi)都有各自最主要的解析系統(tǒng)，在AD的上層創(chuàng)建了GNR層，負(fù)責(zé)管理全球的命名解析服務(wù)。GNR是一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，可以為ICP客戶端（即物聯(lián)網(wǎng)中按地域劃分的多個(gè)門戶提供商）提供全球性的解析服務(wù)。正如DNS頂層域一樣，GNR可以由獨(dú)立可靠的第三方來管理，這樣可以確保正確地管理各個(gè)門戶提供商的解析綁定信息。

目前大量的對象信息都在不斷注冊到物聯(lián)網(wǎng)中，并且這個(gè)數(shù)量在不斷地增大，所以，本文提出的PTDHT-RS的最高層級GNR域，就必須具有高度的可擴(kuò)展性。此外，GNR系統(tǒng)結(jié)合ID標(biāo)識(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)容上的聚合。假設(shè)一個(gè)信息對象的標(biāo)識(shí)ID結(jié)構(gòu)是A:M，其中A是具有一定語義的命名字段 （如EPC的域名字段），M是該對象信息的唯一編碼字段，明確標(biāo)識(shí)信息對象本身，那么GNR結(jié)合域名字段應(yīng)可以將所有A范圍的信息對象與該ID綁定，實(shí)現(xiàn)A內(nèi)容的聚合。

若未來物聯(lián)網(wǎng)中采用扁平化的名字空間，則該系統(tǒng)采用自底向上的查詢解析方式，如4.2節(jié)所述。這種情況下，GNR系統(tǒng)將作為一個(gè)行政管理實(shí)體，而不是用來執(zhí)行具體的解析本身。該系統(tǒng)建立在全球?qū)蛹壣希挥脕砉芾硇畔ο蟮淖?、更新和綁定聚合任?wù)。這些綁定信息會(huì)自適應(yīng)地緩存在對應(yīng)的DHT域內(nèi)，通過域間路由協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)域間查詢請求，整個(gè)過程在底層AD域內(nèi)/域間執(zhí)行，不轉(zhuǎn)發(fā)到GNR系統(tǒng)。

若未來物聯(lián)網(wǎng)中采用層次化的名字空間，例如EPC中包含對象信息的地址字段，則將GNR層與底層的DHT域相結(jié)合，可以進(jìn)一步改進(jìn)層次化命名解析過程。此時(shí)，采用類似于兩層P2P-ONS[10]中的自頂向下查詢解析方式，GNR系統(tǒng)只存儲(chǔ)從信息對象關(guān)鍵字到物聯(lián)網(wǎng)中按地域劃分的每個(gè)門戶提供商的映射重定向信息，而不是關(guān)鍵字到存儲(chǔ)信息對象地址的信息。所以，GNR系統(tǒng)可以將信息對象ID重定向到特定域名字段所管轄AD DHT域內(nèi)。

5 系統(tǒng)性能評估與評估

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)解析系統(tǒng)對目標(biāo)對象數(shù)量、節(jié)點(diǎn)性能的需求，本節(jié)將對PTDHT-RS的節(jié)點(diǎn)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力等性能指標(biāo)進(jìn)行簡要評估與分析。

首先，假設(shè)全球性的PTDHT-RS解析系統(tǒng)包含4個(gè)層級，分別是AN層級、POP層級、AS層級和GNR層級，所有下層節(jié)點(diǎn)和上層超級節(jié)點(diǎn)都按照DHT協(xié)議組織，對象信息會(huì)沿著PHDHT-RS樹，注冊到最高層級（在沒有限制對象信息的注冊范圍的情況下），所以，當(dāng)超級節(jié)點(diǎn)失效時(shí)它負(fù)責(zé)的葉子節(jié)點(diǎn)不會(huì)孤立，可以有效解決ONS解析系統(tǒng)存在的單點(diǎn)失效問題。

其次，解析系統(tǒng)都要求低時(shí)延的解析、轉(zhuǎn)發(fā)過程，因此不能使用傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，目前固態(tài)磁盤存儲(chǔ)器（SSD）可以提供足夠快的訪問速度（15 μs）[24]，最高達(dá)到 4 TB的存儲(chǔ)容量（例如Tera Ramsan[24]）。假設(shè)目前全球大約有1015個(gè)信息對象要在物聯(lián)網(wǎng)中注冊，每個(gè)信息對象需要1 KB的DR，則該系統(tǒng)每個(gè)層級的每個(gè)DHT節(jié)點(diǎn)上大約可以存儲(chǔ)約109的綁定信息量。因此，若使用PTDHT-RS，僅需要部署大約106個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，而使用基于DNS技術(shù)的ONS解析系統(tǒng)時(shí)，參照DNS當(dāng)前的部署狀況，大約需要部署1.2×107個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)。所以，PTDHT-RS需要部署的DHT解析節(jié)點(diǎn)數(shù)量僅為ONS解析系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的1/10左右。

從查詢時(shí)延方面分析：假設(shè)將所有的DR都存儲(chǔ)在BBT（balanced binary tree，平衡二叉樹）中，那么在一個(gè)單一節(jié)點(diǎn)的DR中的一次解析查詢會(huì)遍歷平衡二叉樹的30個(gè)層級。因此，15 μs（訪問接入時(shí)間）×30 層（BBT 的度數(shù)）=450 μs（存儲(chǔ)訪問時(shí)延），即一次get命令完成過程中的存儲(chǔ)訪問時(shí)延不會(huì)大于500 μs。

從可以支持的最大訪問數(shù)量分析：假設(shè)實(shí)際中對PTDHT-RS的所有請求中，大部分都是get查詢解析請求。目前SSD存儲(chǔ)服務(wù)器可以支持每秒高達(dá)2×1010次的存儲(chǔ)訪問操作，因此，該解析系統(tǒng)中的一個(gè)DHT節(jié)點(diǎn)每秒可以處理多達(dá)6.65×104次的get信息對象解析請求 （假設(shè)信息對象的綁定信息存儲(chǔ)在30層級的BBT中）。同時(shí)假設(shè)每個(gè)用戶平均每秒會(huì)發(fā)出2個(gè)get信息對象的查詢解析請求，并且最壞的情況是所有請求都需要通過4個(gè)層級，即AN層級、POP層級、AS層級和GNR層級的查詢解析才能得到請求響應(yīng)信息，這樣每個(gè)DHT解析節(jié)點(diǎn)在只具備一個(gè)存儲(chǔ)單元的條件下，仍然可以處理大約8 300個(gè)用戶請求。所以，106個(gè)DHT解析節(jié)點(diǎn)可以并行處理大約1010個(gè)用戶的查詢解析請求。

最后，從更新過程對動(dòng)態(tài)帶寬的需求分析：假設(shè)該系統(tǒng)所注冊對象信息中每1 500 byte平均包含大約10個(gè)綁定信息，且每天只有1%的DR需要更新，則在一個(gè)單一的DHT節(jié)點(diǎn)處就需要更新4×109個(gè)DR或者是6 GB大小的綁定信息量。因此，每天更新1%DR的綁定信息時(shí)，僅需要大約0.56 Mbit/s的持續(xù)更新帶寬，而每天更新10%DR的綁定信息，僅需要5.6 Mbit/s的持續(xù)更新帶寬。

6 結(jié)束語

本文在充分借鑒DHT網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，基于層次化DHT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本思想，提出了一種新型的PTDHT-RS。從實(shí)際部署中需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)量、訪問所需要的時(shí)延、支持的最大訪問量以及所需要的帶寬等方面對該系統(tǒng)進(jìn)行估計(jì)分析結(jié)果顯示，PTDHT-RS不僅可以通過層次化、拓?fù)浠那度虢Y(jié)構(gòu)有效解決ONS解析系統(tǒng)低時(shí)延、負(fù)載不均衡和效率問題，也可以通過較全面地反映底層的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決當(dāng)前解析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的回傳效率低的問題，從而確保了網(wǎng)絡(luò)的路由本地性，提高了物聯(lián)網(wǎng)解析效率。此外，PTDHT-RS為層次化和扁平化命名空間提供了統(tǒng)一的解析架構(gòu)，解決了目前解析系統(tǒng)不能正確解析非層次化命名空間的問題。

在PTDHT-RS中，仍有一些問題尚未解決，例如PTDHT-RS的原型系統(tǒng)搭建及驗(yàn)證問題，安全認(rèn)證問題，系統(tǒng)架構(gòu)的復(fù)雜度問題等。因此，后續(xù)的首要工作就是對PTDHT-RS進(jìn)行實(shí)際的模擬，進(jìn)一步分析系統(tǒng)性能，并進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化；其次，要進(jìn)一步探討研究物聯(lián)網(wǎng)解析過程中存在的安全認(rèn)證問題，增強(qiáng)PTDHT-RS的可信程度；最后，應(yīng)進(jìn)一步降低解析系統(tǒng)架構(gòu)的復(fù)雜度，從而使PTDHT-RS能夠更好地滿足物聯(lián)網(wǎng)查詢解析服務(wù)的效率需求。

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