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1、http://www.paper.edu.cn发布订阅系统的拓扑结构研究郭旺，白治国，林琳，盛文涛，周敏，张霞萍中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京(100083)E-mailjdxy2006@sina.com摘要：发布/订阅消息交换模式是一种灵活有效的交换模式，它能轻松地把大规模分布式应用中各组件有机的联系起来，尽管许多文献对发布/订阅系统的拓扑结构做了多方面的研究,但没有一种结构能达到便于管理，易扩展，节点间通信速度快，满足大规模通信模式，具有高安全性的要求。本文首先介绍了现有的各种发布订阅系统的拓扑结构，然后提出一种综
2、合了P2P和树形网络的特点，充分考虑了用户在速度，可管理性，安全性等方面需求的分层网络结构，接着阐述了分层网络的路由设计，最后对分层网络的特点进行了总结。关键词：发布订阅；拓扑结构；分层网络1．引言网络技术的发展，特别是Internet的普及，人们对资源共享以及分布式协作提出更多的要求；此外，工业生产的体系结构从树形变成网形，贸易的全球化，企业组织的分散化也使分布式系统成为计算机系统发展的必然。目前，分布式系统应用软件成为计算机应用领域的一个极为重要的发展趋势开发分布式软件是今后软件工作者的主要任务之一。分布式处理已从科学应用领域扩
3、展到商业和娱乐等日常应用领域，许多大百货商场、超级市场、连锁商场等都逐步采用计算机网络、分布式计算机系统进行信息管理。服务范围遍及全国的应用领域，例如银行的全国联网业务，火车、航班的联网订票系统，以及电信服务系统等。各类组织在世界各国纷纷建立，它们的共同目标就是建立分布式异构计算环境下的解决方案。[1]尽管许多文献对发布/订阅系统的拓扑结构做了多方面的研究,但没有一种结构能达到便于管理，易扩展，节点间通信速度快，满足大规模通信模式，具有高安全性的要求，需要设计一种能综合多种优点的网络结构。2.发布订阅系统的拓扑结构为了适应各种复杂的
4、应用和不断的变化，大规模的Pub/Sub系统通常采用分布式的系统结构,其中分布着多个事件代理(eventbroker),每个事件代理为一定数量的本地客户端服务.这些事件代理按照一定的拓扑结构组织,负责事件在各节点之间的转发,这种方法使用专门的(dedicated)服务器来交换复杂的协议，实现事件匹配、路由、永久存储、可靠性等能力。2.1现有的拓扑结构Pub/Sub系统的拓扑结构对其性能有着重要的影响.我们按照拓扑结构的稳定性把Pub/Sub系统在结构上分为静态模式和P2P模式，其中，静态模式又可分为星形、总线形、层级、环形、无环图和
5、一般图。在星形拓扑结构中,事件服务器采取中央服务器的结构,单一的事件服务器作为订阅者和发布者之间的代理,该拓扑结构可扩展性不好,实践中比较少用.在总线形结构中,采用一条公共总线来传递事件,可充分利用广播机制,典型的系统如TIB.在层级结构中,事件代理之间构成了层级结构关系,事件代理之间、客户端和代理之间的通信采用同一种协议.事件代理会从所有的客户端接收发布的事件和订阅,并转发给关心该事件的子树.该结构中,层级越高的[3][2][4]事件代理负载越重,容易产生性能瓶颈.SIENA,Gryphon和JEDI等系统采用了层级拓扑-1-ht
6、tp://www.paper.edu.cn结构.在环形拓扑中,事件代理的连接图是环形的,代理之间是平等的关系.代理之间的通信协议是双向的,但是代理之间的通信协议与客户端和代理之间的协议不同.在无环图结构中,其结构可以用无环无向图表示,信息是双向传送,能够确定任何两个代理节点只有一条路径.一般图结构进一步取消了无环性约束,两个代理间存在多条路径,冗余连接克服了单点失败,但[5]却增加了路由算法选择最佳路径的复杂性。在P2P“模型中，所有的节点是平等的，每个节点可以是发布者、订阅者、组播树的根、组播树的内部节点，或者任何合理的组合。在这
7、种模型中没有服务器节点或者客户节点，一些服务器功能嵌入在每个节点中。P2P结构的优点是传播速度快，节点间负载均匀，适合于高容量通信，但是它不便于管理。2.2分层拓扑结构设计发布订阅系统中代理网络采用分层架构（如图1），代理网络分为二层，最顶端一层是核心层，这一层的每个节点都是一个超级节点，在核心层与子网层间设置一个网关，既可以增强安全性，又可方便于网络管理，所有的节点先按物理位置和订阅关系分成多个节点组，每个组选择一个节点作为超级节点布置在核心层，本组的所有订阅和发布都需要经过他的超级节点，组内节点根据订阅关系组织成树型结构，所有的
8、父节点的订阅关系中都包含了子节点的订阅条件，子节点必须通过父节点接收/发送消息。核心层子网层图1发布/订阅系统总体架构在核心层，各节点被组织成一种具有特定结构的有向图，以使得任意两个点之间的路径长度一般不超过log()N，其中k为预设
