网络自组织通信模式和技术研究综述

节点动态参与、非确定方式建立并动态演化，并且节点普遍存在异构性等显著的自组织特征。典型的自组织覆盖网络以P2P网络，13架构为代表，在现有的互联网基础上运用了自组织通信技术以有效地支持新的应用。

　　（1）P2P网络

　　P2P（Peer to Peer）对等网络主要特点是不依赖网络中心节点而依靠网络边缘主机自行组织和对等协作，实现资源发现和共享，从而具备自组织特征，具有可扩展性、鲁棒性、容错性、负载均衡等优点。P2P技术广泛用于大规模的数据共享、内容发布以及应用层组播等，研究较集中于P2P覆盖网络组织结构和路由，有效搜索数据，邻居节点选取，冗余存储保证可靠性，分层的名字空间等。

　　P2P覆盖网络是一个全分布式的协作网络模型，节点之间组成一个自组织的系统结构。其网络组织形式可以分为无结构和有结构两种。有结构的P2P覆盖网络的拓扑是受控的，较典型的有Content Addressable Network（CAN），Tapestry，Chord，Pastry，Kademlia和Viceroy。无结构的P2P覆盖网络的节点是以随机图的模型组织成平面式或层次化结构，典型的有Freenet，Gnutella，FastTrack/KaZaA，BitTorrent，Overnet/eDonkey2000。

　　P2P应用正成为互联网中最重要的应用之一，同时其自组织特性带来了两个问题，一是P2P网络产生的流量和传统流量之间相互影响，二是P2P网络流量之间的彼此影响。由于P2P网络的自组织特性，P2P网络往往在应用层的Overlay采用优化的应用层路由策略，P2P流量的自身优化和ISP对网络进行的流量工程优化会形成博弈，会影响流量工程的优化效果。而不同的P2P的Overlay之间也在互相博弈，从而难以实现全局性能优化。有一些研究如OpenDHT试图建立一个公共的P2P覆盖网络的基础设施，不过由于不同的P2P应用关注点并不一样，很难实现这样公共的P2P覆盖网络。

　　（2）互联网间接访问基础架构（I3）

　　I3基础架构在Overlay的基础上提出的间接访问（Indirection）的思想，在统一的自组织模型内解决移动（Mobility），组播（Multicast）和任意播（Anycast）的问题。

　　传统单播路由点到点的简单性是Internet获得成功的重要因素，但是这种通信模式在支持其他服务类型时有很大局限性，新的Mobility，Multicast和Anycast服务的不同之处在于：Multicast和Anycast的通信发送方不知道接收方的网络标识，Mobility的通信接收方的位置不固定。目前的解决方法主要是在网络层采用了Indirection的概念：Multicast中"组"（Group）和Mobility家乡代理（Home Agent）都充当了中间者的角色。但是，在IP层来实现这几种服务在技术上（可扩展性差）和部署上（需要所有路由器都支持）都存在很大困难。

　　I3的间接访问机制在应用层上把传统单播路由过程的发送部分和接收部分分开，构建了一个应用层的自组织网络。发送方把数据发送给一个逻辑上的标识空间。而接收方向网络中该标识对应的服务器发送一个Trigger消息来请求接收哪些标识的数据。在I3网络中，移动节点位置虽然变化了，但是移动后仍然要周期性通知服务器请求信息；多个节点请求相同标识的情况就是Multicast；而对于Anycast，可以以标识的前k位（一共m位）作为组标识，所有请求方的请求标识前k位必须一致，发送方发送的标识前k位也是组标识，服务器根据最长匹配原理选择合适的接收方。I3的另一个特点是支持表示标识栈，形成虚拟分层的Overlay网络。使用I3架构把发送方、服务器、接收方组织成一个虚拟的应用层自组织网络，能够支持衍生服务、异构组播和大规模组播等。

4、自组织通信研究方向

　　4.1　网络的自组织特性研究

　　研究现有各种网络的自组织特性及其对网络体系结构的影响是自组织通信研究的重要组成部分。

　　（1）Internet流量与自相似

　　实验结果表明，Internet链路上被测量的流量表现出自相似的特性，被认为是典型的自组织系统的"突现"现象，其普遍性超乎人们预料。事实上，Mandelbrot的"Renewal Reward"过程（或与它们相似的Cox的"Immigration-birth"模型）以及它们的极限规则可以被看作是合适的框架下流量自相似特性的高度简化的方程表示，其中传输的文件是环境不稳定性的主要成因，而极限规则则表示了由TCP/IP及整个网络体系结构的限制所带来的一阶效应。

　　（2）Internet拓扑与幂律分布

Internet连接性方面幂律统计特性的普遍适用已经使得SFN（Scale-free Network，任意刻度网络）成为研究热点。SFN表明网络进化过程中简单的底层机制使得它们自组织成一个有着高可变连接性的结构，节点度呈幂律分布并通过偏好连接产生逐步增长，而且节点一般与高连接度的中心节点联系起来，