分布式語義發(fā)布-訂閱系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、網(wǎng)格計(jì)算、普適計(jì)算和移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的廣泛應(yīng)用和Internet技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)分布式系統(tǒng)提出了大規(guī)模、松耦合、動(dòng)態(tài)性、自治性等要求。發(fā)布/訂閱作為一種基于事件的通信范型,提供了異步、匿名、多點(diǎn)通信的消息傳遞,實(shí)現(xiàn)了參與者在時(shí)間、空間和控制流上的完全解耦,能很好的滿足當(dāng)前大規(guī)模分布式計(jì)算的通信需求,可廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)系統(tǒng)、企業(yè)應(yīng)用集成、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、普適計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算和傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。
　　 傳統(tǒng)的基于內(nèi)容的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)在表達(dá)能

2、力、可靠性及效率等方面仍存在較多不足,無法支持復(fù)雜事件,無法支持負(fù)載均衡以及語義路由,難以滿足新型分布式計(jì)算所帶來的挑戰(zhàn)。論文結(jié)合課題組承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金及863課題的需求,對(duì)大規(guī)模分布式環(huán)境下的語義發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,包括復(fù)合語義模型、負(fù)載均衡、并行語義匹配、語義路由幾個(gè)方面,為新型分布式計(jì)算提供一種強(qiáng)大的中間件支持。
　　 論文首先闡述了發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的研究背景和研究意義,從數(shù)據(jù)模型、匹配算法、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3、和路由算法四部分詳細(xì)介紹了發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,最后列舉了發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的若干最新研究熱點(diǎn)。
　　 在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景,用戶需要接收特定的事件序列或組合。當(dāng)前的發(fā)布/訂閱往往只支持簡(jiǎn)單事件,無法滿足用戶的需求。論文結(jié)合語義Web的相關(guān)知識(shí)和復(fù)合事件的相關(guān)研究,提出了一種支持復(fù)合事件和復(fù)合訂閱的語義訂閱語言,實(shí)現(xiàn)基于屬性和類的繼承的語義匹配,實(shí)現(xiàn)了對(duì)邏輯操作與時(shí)序操作的支持,擴(kuò)展了事件和訂閱的表達(dá)能力。
　　 為提

4、高系統(tǒng)的擴(kuò)展性,大規(guī)模的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)通常由多個(gè)事件代理組成事件代理網(wǎng)絡(luò)。由于代理節(jié)點(diǎn)性能的差異以及事件、訂閱的不均勻分布,容易導(dǎo)致代理節(jié)點(diǎn)負(fù)載的不均衡。論文將語義Web技術(shù)引入到基于結(jié)構(gòu)化P2P重疊網(wǎng)的事件代理網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了基于權(quán)重的語義P2P網(wǎng)絡(luò)。通過定義本體類權(quán)重、代理節(jié)點(diǎn)權(quán)重、虛擬訂閱等概念,將描述事件及訂閱的本體類權(quán)重樹映射到代理權(quán)重網(wǎng)絡(luò);通過代理節(jié)點(diǎn)管理虛擬訂閱,將事件和訂閱根據(jù)其本體信息分配到不同的代理節(jié)點(diǎn):通過本體路由表維

5、護(hù)語義映射信息;從而最終構(gòu)建一個(gè)大規(guī)模的語義P2P代理網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,論文提出了一種動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法:通過動(dòng)態(tài)調(diào)整本體類權(quán)重及代理節(jié)點(diǎn)的權(quán)重,在代理節(jié)點(diǎn)負(fù)載過載時(shí),進(jìn)行虛擬訂閱的交換或遷移,使系統(tǒng)獲得高效的負(fù)載均衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,負(fù)載均衡算法顯著的改善了結(jié)構(gòu)化P2P事件代理網(wǎng)絡(luò)的可用容量,具有良好的可擴(kuò)展性,在網(wǎng)絡(luò)資源消耗方面取得了良好的均衡。
　　 針對(duì)復(fù)合語義數(shù)據(jù)模型,論文提出了一種基于權(quán)重的多層索引和位運(yùn)算的語義匹配算法

6、?；跈?quán)重的訂閱多層索引結(jié)構(gòu)有效的減少了相同三元組的重復(fù)匹配,基于位運(yùn)算的語義匹配大大提高了匹配的效率。并在此基礎(chǔ)上,論文提出了兩種并行匹配算法,獨(dú)立匹配算法和協(xié)同匹配算法,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于位運(yùn)算的語義匹配提高了語義匹配的速度,基于多核的并行算法進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的輸出。
　　 基于語義P2P事件代理網(wǎng)絡(luò),論文提出了一種基于語義的路由算法。該算法通過本體路由表作為路由的捷徑有效的降低了路由跳。論文提出了一

7、種分布式復(fù)合訂閱的管理方法,將復(fù)合訂閱沿路由路徑的進(jìn)行拆分,具有相同下一跳的訂閱或訂閱分支作為一份整體發(fā)送,使事件的復(fù)合運(yùn)算盡可能的靠近事件的發(fā)布節(jié)點(diǎn),減少了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本體路由表減少了路由跳,而分布式復(fù)合訂閱管理則有效的極少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。
　　 最后,論文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)發(fā)布/訂閱原型系統(tǒng)——錢塘復(fù)合語義發(fā)布/訂閱系統(tǒng)(Jtang Composite and Semantic Publish/Subscribe Syae