Vấn đề sai khác topo mạng (topology mismatch) như đã được giới thiệu là một trong những vấn đề đáng kể nhất trong tối ưu mạng ngang hàng có cấu trúc. Nghiên cứu này đưa ra một mô hình mạng Chord mới với tên Quasi-Chord. Mô hình sử dụng hệ thống mạng định vị toàn cầu (global network position - GNP) để liên kết các nút trên tầng vật lý và sử dụng không gian Cantor, ánh xạ từ không gian hình học hai chiều sang một chiều theo đường gấp khúc. Sau đó xây dựng mô hình Quasi-Chord dựa trên các giá trị Cantor đó. Thực nghiệm mô phỏng cho thấy phương pháp thực sự đã làm giảm độ trễ và lưu lượng mạng với cùng một bộ truy vấn.
Điểm đặc trưng nhất trong phương pháp là giải pháp thu thập điểm mốc (landmark clustering). Điểm mốc là một vài nút cố định trong hệ thống. Và mỗi nút khác đo thời gian quay vòng tới các điểm mốc, sắp xếp các điểm mốc đó theo thời gian đo được vào một chuỗi. Chuỗi điểm mốc này được dùng để mô tả vị trí của nút trong hệ thống, các nút có những chuỗi tương tự nhau sẽ là hàng xóm của nhau. Bản thu thập các điểm mốc là một bản phỏng đoán vị trí của các nút. Nó có thể không giúp đỡđc gì trong tình trạng các nút ở rất gần nhau.
Quasi-Chord xây dựng topo logic trên cơ sở là các thông tin về topo của tầng dưới. Vì thế, các nút gần nhau vềở tầng dưới thì cũng kề nhau ở tầng trên, điều mà có thể hạn chế mạnh mẽ giao thông mạng. Để xây dựng mô hình Quasi-Chord, cần ba bước. Đầu tiên, sử dụng mạng định vị toàn cầu để lấy các liên kết của nút trong không gian hình học P2P. Tiếp theo, sử dụng không gian Cantor, men theo đường gấp khúc để chuyển từ không gian hai chiều sang một chiều. Bước cuối cùng là xây dựng vòng Quasi-Chord thông qua các giá trị Cantor của các nút.
Tính toán tọa độ của mỗi nút tham gia với GNP
Quá trình ánh xạ và tính toán được chia thành hai giai đoạn:
• Tính toán với các điểm mốc:
Trước tiên, chọn N điểm mốc từ L1 đến Ln. Phép đo đơn giản giữa các điêm mốc là thời gian quay vòng sử dụng gói tin ping ICMP và lấy giá trị nhỏ nhất trong một vài phép đo cho mỗi tuyến đường ở nửa dưới ma trân khoảng cách N*N đối xứng qua đường chéo của ma trận. Sử dụng những khoảng cách vừa đo được, các điểm mốc sẽ tính toán vị trí và liên kết trong không gian hình học S. Mục đích của phần này là tìm được tập hợp các vị trí, các liên kết cho N điểm
mốc sao cho sự sai khác giữa khoảng cách đo được (thời gian quay vòng của gói tin ping) và khoảng cách tính toán trong không gian hình học S là nhỏ nhất.
Hình 11. Tính toán với các điểm mốc
• Tính toán với nút thông thường
Tương tự như trên nhưng áp dụng với một nút thông thường. Các giá trị thời gian quay vòng từ nút đến các điểm mốc được đo và lấy những giá trị nhỏ nhất. Từ những giá trị này, tính toán tìm vị trí của nút trên không gian S cũng với điều kiện sự sai khác giữa khoảng cách đo được và khoảng cách tính toán là nhỏ nhất.
Hình 12. Tính toán với nút thông thường
Ánh xạ không gian hai chiều sang một chiều sử dụng Cantor
Đến đây, các nút đều đã được ánh xạ vào không gian hình học hai chiều. Do không gian địa chỉ của Chord là một chiều, việc ánh xạ từ không gian hai chiều sang một chiều là cần thiết. Để làm được điều đó, chúng ta sẽ đi theo đường rích rắc trên không gian hai chiều.
Hình 13. Biểu đồ không gian Cantor với C=8
Giả sử không gian hình học hai chiều tựa ma trận vuông hai chiều như hình vẽ. Kích thước của ma trận phụ thuộc và tọa độ cực của các nút được ánh xạ trong phần trên. Xét đường đi rích rắc theo đường chéo xuất phát từ điểm trái dưới của ma trận như hình vẽ. Chúng ta sẽ được một thứ tự cho các nút có tọa độ giống chỉ số các ô trong ma trận. Đây chính là topo một chiều sẽđược ánh xạ lên vòng không gian địa chỉ trong phần sau.
Xây dựng mô hình Quasi-Chord
Vì các nút có giá trị Cantor tương tự nhau sẽ gần nhau trên tầng vật lý, chúng ta sẽ xây dựng vòng không gian địa chỉ Quasi-Chord dựa trên các giá trị Cantor này. Theo đường đi một chiều được chỉ ra ở phần trên, các nút theo thứ tự có tọa độ gần nhau sẽ trở thành hàng xóm trên vòng địa chỉ. Thay vì sử dụng hàm băm để lấy địa chỉ trong không gian DHT, Quasi-Chord sử dụng địa chỉ từ các giá trị Cantor. Giả sử có tối đa n nút tham gia vào mạng và kích thước ma trận vuông giới hạn bởi các tọa độ cực trị là C*C, địa chỉ nút trong mô hình này có m bit, thỏa mãn log2n≤≤ log2(C*C).
Mỗi nút trong mô hình Quasi-Chord có hai bảng định tuyến. Một bảng theo chiều kim đồng hồ tương tự như Chord truyền thống, một bảng theo chiều ngược lại. Theo cách sắp xếp topo như trên, nút đầu và cuối trên vòng địa chỉ là rất xa nhau. Với Chord, hai nút này là gần nhau. Nhưng với Quasi-Chord, nếu xem xét hai nút là hàng xóm thì sẽ gây khó khăn khi truy cập cho những bước định tuyến phải vượt qua vị trí nối này. Vì thế Quasi-Chord quan niệm hai nút này không gần nhau. Nói cách khác successor của nút cuối không phải là nút đầu tiên và ngược lại.
Hình 14: Bảng định tuyến giảđịnh của N51 trong Quasi-Chord
Bảng định tuyến thứ nhất xây dựng giống như trong Chord truyền thống. Điểm đáng chú ý là các định danh successor của các key mục tiêu trong mỗi entry đều không được nhỏ hơn định danh của nút đang xét. Ngược lại, với bảng thứ hai ngược chiều kim đồng hồ, định danh của successor không được lớn hơn định danh nút đang xét. Và tính key mục tiêu theo công thức (k – 2i-1) mod 2m thay vì (k + 2i-1) mod 2m. Khi nhận được một yêu cầu truy vấn, nút sẽ so sánh key của tài liệu lớn hay nhỏ hơn định danh nút, từđó sử dụng bảng định tuyến xuôi hay ngược chiều kim đồng hồ tương ứng.
Ưu điểm của Quasi-Chord thể hiện rất rõ ràng qua bước phân tích bên trên và kết quả thực nghiệm như biểu đồ. Tuy vậy vẫn tồn tại một vài nhược điểm:
- Mô hình thích hợp với số lượng nút và các nút trong mạng cốđịnh. Cường độ vào ra cao của các nút trong mạng cao gây khó khăn việc ánh xạđịa chỉ. - Xung đột có thể xảy ra khi ánh xạ nút vào không gian Cantor.
- Vẫn còn vấn đề tại điểm giao nhau giữa nút đầu tiên và cuối cùng trên vòng địa chỉ.
Chương 3. Tối ưu Chord dựa trên lựa chọn độ trễ
Chương hai cho chúng ta thấy được tổng quan những vấn đề, nhược điểm còn tồn tại trong mô hình mạng ngang hàng Chord và xem xét một số nghiên cứu nhằm tối ưu mạng Chord. Tư tưởng chủđạo của những nghiên cứu này là ánh xạ mỗi nút tham gia vào một không gian ảo hai chiều, sử dụng thời gian trễ làm tham số; đánh giá mối quan hệ giữa các nút bằng quan hệ trên không gian hai chiều đó. Ưu điểm của phương pháp này là đánh giá mối quan hệ gần gũi tương đối sát so với trên mạng liên kết vật lý. Trong lựa chọn láng giềng gần, nhược điểm là khối lượng công việc khi nút tham gia mạng lớn, việc tạo mới và duy trì bản đồ quan hệ tại mỗi nút đòi hỏi nhiều tài nguyên. Vấn đề của Quasi-Chord là nguy cơ xung đột trên không gian ảo hai chiều và điểm nối giữa định danh lớn nhất và nhỏ nhất trên vòng địa chỉ.
Trong chương ba, một giải pháp đơn giản sẽđược đề xuất cũng với mục đích tối ưu topo mạng phủ cấu trúc Chord. Giải pháp này cũng dựa trên thời gian quay vòng của gói tin ICMP, lựa chọn láng giềng và thay đổi bảng định tuyến.