基于移动互联网的P2P技术研究

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1、 中国通信标准化协会中国通信标准化协会课题编号：课题编号：2008B312008B31 基于移动互联网的基于移动互联网的 P2PP2P 技术研究技术研究20082008 年年 7 7 月月 研研 究究 报报 告告 要要 点点移动网络与固网的迅速发展催生了它们的融合，即移动互联网。近年来，移移动网络与固网的迅速发展催生了它们的融合，即移动互联网。近年来，移动网联网的迅速发展，与动网联网的迅速发展，与 P2PP2P 技术的融合使它成为人们关注的热点。本研究报告技术的融合使它成为人们关注的热点。本研究报告首先给出了移动互联网的中首先给出了移动互联网的中 P2PP2P 技术发展过程，随后分析了移动互联

2、网技术发展过程，随后分析了移动互联网 P2PP2P 技术技术在国内外的现状，并详细讨论了移动互联网中在国内外的现状，并详细讨论了移动互联网中 P2PP2P 关键技术。关键技术。报告第四章分析了移动互联网报告第四章分析了移动互联网 P2PP2P 技术的市场需求、业务模式，并给出发展技术的市场需求、业务模式，并给出发展移动互联网移动互联网 P2PP2P 产业的影响因素，包括积极因素和消极因素。产业的影响因素，包括积极因素和消极因素。报告第五章给出了移动互联网报告第五章给出了移动互联网 P2PP2P 技术的标准化建议，希望能对我国移动互技术的标准化建议，希望能对我国移动互联网联网 P2PP2P 产业

3、的发展起到推动和促进作用。产业的发展起到推动和促进作用。（技术工作委员会、工作组名称）中国移动互联网应用协议特别组（技术工作委员会、工作组名称）中国移动互联网应用协议特别组 TC2TC2研究单位：研究单位： 北京邮电大学、武汉邮电科学研究院北京邮电大学、武汉邮电科学研究院项目完成人：宋美娜项目完成人：宋美娜、李伟、李伟项目参加人：陈辉、郭志云、吕月梅、魏明亮、王华松、杨静波、吴廷良项目参加人：陈辉、郭志云、吕月梅、魏明亮、王华松、杨静波、吴廷良完成日期：完成日期： 20082008 年年 1010 月月 1 1 日日目 录前言前言.1缩略语缩略语.21.P2P 技术的发展和演变技术的发展和演变

4、.31.1.P2P 技术在互联网上的发展.31.2.P2P 技术对电信网络的影响.41.2.1.对城域网、骨干网的影响.41.2.2.对接入网的影响.61.3.P2P 技术应用于移动互联网.61.3.1.P2P 技术应用于移动互联网所面临的挑战.61.3.2.P2P 技术在移动互联网中的应用.72.移动互联网移动互联网 P2P 技术发展国内外现状技术发展国内外现状.82.1.欧盟移动互联网 P2P 技术的发展.82.2.美国移动互联网 P2P 技术的发展.82.3.日本移动互联网 P2P 技术的发展.92.4.国内移动互联网 P2P 技术的发展.102.5.移动互联网 P2P 业务现状总结.1

5、13.基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 关键技术研究关键技术研究.113.1.基于移动互联网的 P2P 网络体系结构.113.1.1.集中式架构.123.1.2.半分布式架构.133.2.基于移动互联网的 P2P 网络资源发现技术.173.2.1.基于现有 P2P 系统向移动网络延伸.173.2.2.基于移动通信网络的特点对 P2P 算法进行改进.203.3.基于移动互联网的 P2P 网络数据分发技术.213.3.1.移动数据分发技术概述.213.3.2.移动数据分发技术的研究意义.213.3.3.移动环境下的数据分发关键技术的研究.223.4.基于移动互联网的 P2P 网络跨层优化技

6、术.263.4.1.基于移动网络接入的节点跨层优化.263.4.2.基于移动 ad hoc 网络的移动 P2P 跨层优化技术.273.5.基于移动互联网的 P2P 网络中的 NAT/FIREWALL穿越技术.283.5.1.NAT/Firewall 问题概述.283.5.2.NAT 分类.293.5.3.NAT/Firewall 解决方案39.313.6.基于移动互联网的 P2P 网络性能评价研究.333.6.1.移动 P2P 文件共享系统的流量特性.333.7.基于移动互联网的 P2P 网络安全问题.363.7.1.无线互联网中主要攻击方式.363.7.2.移动互联网中 P2P 技术存在的安

7、全与隐私问题47 .383.7.3.移动互联网中 P2P 技术安全相关技术研究.393.7.4.小结.394.基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 业务分析业务分析.404.1.基于移动互联网的 P2P 业务需求分析.404.2.基于移动互联网的 P2P 业务模式分析.404.3.基于移动互联网的 P2P 业务影响因素分析.414.3.1.积极因素分析.414.3.2.消极因素分析.414.4.需要重点解决的问题.435.基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 技术标准化建议技术标准化建议.455.1.现有国际标准、国家标准和相关行业标准、企业标准.455.2.标准化建议.476.参考文

8、献参考文献.47前言前言据报道，目前互联网上流量大部分为 P2P 引起的。而移动互联网的迅速发展，为 P2P技术在移动网络中的应用带来了很大的机遇。手机用户，是一个用户众多、覆盖面极广的主流通讯群体，P2P，是一种迅速崛起、应用面极广的网络传输技术。当两者相遇，携手合作之时，可以预见它们能够为我们提供更为广泛、多样的服务。虽然因为多种因素，致使目前大多数的业务仍在测试阶段，但移动 P2P 的前景和市场是显而易见的。移动 P2P 网络由固定 P2P 网络演化而来，很多系统将成熟的面向固定网络的 P2P系统移植到移动网络中。一些系统在此基础上，根据移动网络的特点对其进行优化和改进。移动终端可以通过

9、 GPRS 等移动通信网络接入到移动互联网中，也可以通过WiFi、蓝牙等方式组成自组织网络，接入到移动互联网。数据在 MP2P 网络中各节点间的流动就是移动数据分发的过程。在移动环境下，节点的移动频繁使得网络动态性更高，而且通信所用的无线网络连通性差，连接不稳定。此外，移动设备的便携性决定了它的处理能力有限，因而节点不能负荷过重。移动环境下所采用的数据分发技术必须针对这些实际问题采取有效的应对措施才能够实现其分发数据的基本任务。P2P 技术独立于底层网络架构，具有独立的路由和资源定位的功能，为 P2P 系统应用于不同物理网络提供了灵活性，同时也带来系统效率问题。由此引出了基于移动互联网的 P2

10、P 网络跨层优化技术。此外，本篇报告还对基于移动互联网的 P2P 网络中NAT 穿越技术、性能评价以及安全问题提出了基本解决方案。总之，本篇研究报告从分析国内外移动互联网市场的最新进展入手，对移动 P2P领域涉及的关键技术进行研究和分析，提出解决方案，并最终依据研究结果和解决方案形成标准化建议，希望能对我国移动搜索领域的发展起到参考和推动作用。缩略语缩略语DHTDistributed Hash Table分布式哈希表TTLTime to Live生存周期VoIPVoice over Internet ProtocolDPIDeep Packet Inspection深度数据包检测ADSLAsy

11、mmetric Digital Subscriber Line非对称数字用户线路VDSLVery-high-bit-rate Digital Subscriber loop甚高速数字用户环路GPRSGeneral Packet Radio Service通用无线分组业务NATNetwork Address Translation网络地址转换STUNSimple Traversal of UDP Through Network Address TranslatorsUDP 对 NAT 的简单穿越TURNTraversal Using Relay NAT通过 Relay 方式穿越 NATICEIn

12、teractive Connecting EstablishmentWMANWireless Metropolitan Area Network无线城域网MACMedium Access Control介质访问控制WEPWired Equivalent Privacy有线等价保密IVInitialization Vector初始化向量CRCCyclic Redundancv Check循环冗余校验SSLSecure Sockets Lave安全套接字层SSHSecure ShellTCGTrusted Computing Group可信任安全平台模组MOTIONmobile teamwork

13、infrastructure for organizations networkingSMAsecret-sharing-based mutual anonymous基于秘密共享的双向匿名机制W3CWorld Wide Web ConsortiumQoSQuality of Service服务质量DRMDigital Rights Management数字版权管理1. P2P 技术的发展和演变技术的发展和演变1.1.P2P 技术在互联网上的发展技术在互联网上的发展随着互联网的普及程度越来越高，大量的计算机加入其中。在莫尔定律的作用下，连接到因特网的计算机的处理能力和存储能力越来越强，网络带宽也

14、不断提高，用户业务需求也从窄带向宽带多媒体类业务发展。在低速网络时代，网络应用基于客户机/服务器（C/S）架构，具有强大处理能力的服务器处于网络的核心，服务器侧具有庞大的计算资源和网络带宽，可以同时为许多用户服务，个人用户只能作为访问网络的终端，不可能为其他人提供服务。在高速网络时代，随着业务的发展和网络带宽的不断提高，各种宽带业务，尤其是多媒体业务需要消耗巨大的服务器资源和网络资源，传统的客户机/服务器（C/S）架构面临巨大挑战。与此同时，计算机终端的性能在不断提高，很多网络终端也具有一定的服务能力，通过将网络边缘庞大的计算资源和网络资源整合起来，能够提供比集中式服务器更加强大的服务能力。基

15、于这样的思想，各种 P2P 应用迅速兴起。1999 年，正在美国东北大学就读的肖恩范宁（Shawn Fanning）开发出第一个 P2P文件共享软件 Napster，就迅速在 MP3 音乐爱好者中传播开来。人们可以通过 Napster 在网络上搜索自己需要的音乐，并可以从任意一台使用 Napster 的互联网计算机上下载。P2P 技术使参与网络中的各计算机终端能够相互提供服务，从而减少对服务器的依赖。Napster 的兴起吸引了学术界的广泛关注，大量的科研机构、大学等团体加入到 P2P 技术的研究中来，并产生了丰硕的成果。根据 P2P 逻辑拓扑的特征，P2P 架构可以分为以下几类：集中式拓扑（

16、Centralized Topology）通过一系列的高性能服务器作为网络中共享资源的目录服务器，为查询信息的节点（Peer）提供资源定位服务。该架构维护简单，发现效率高。但是因为存在中央服务器，容易产生单点故障。Napster 就是采用该架构。分布式非结构化拓扑（Decentralized Unstructured Topology）系统中没有中央索引服务器，采用完全随机图的泛洪（Flooding）搜索算法。Peer 节点生成一个查询请求后，将该请求发送给所有的邻居节点，如果邻居节点中具有该节点所要查询的内容，则与查询的机器建立连接，如果不存在则其邻居节点在自己的邻居节点之间继续转发这个查询

17、请求，直到找到查询内容或 TTL 为 0。该拓扑结构能够较好的适应网络的动态变化，具有较好的容错能力，支持复杂查询：如，带有规则表达式的多关键词查询、模糊查询等。但基于泛洪的查询请求将产生巨大的网络流量，而且对稀有资源的查询成功率较低。采用这种拓扑的最典型案例是 Gnutella。分布式结构化拓扑（Decentralized Structure Topology）基于分布式散列表（DHT）来组织网络中的节点。存储对象通过哈希算法被映射到一个连续的散列表空间（该空间可以通过 128 位或 160 位的散列值来表示）中。该散列表空间被多个块，对每个节点分配一个散列块，并成为这个散列块的管理者。存储

18、对象根据名字或关键词通过相应的哈希算法（如： SHA-1）生成散列值，该散列值及存储该对象的主机地址等相关信息被存储到管理该散列值所在散列块的主机当中。DHT 结构能够适应节点的动态加入/推出，并提供精确查找，与泛洪法相比降低了查询请求在网络中产生的带宽，具有良好的可扩展性。半分布式拓扑（Partially Decentralized Topology）该拓扑结构介于中心化结构和全分布式结构之间，选择处理能力强的节点作为超级节点，处理能力较弱的节点作为叶子节点，围绕在各超级节点周围。每个叶子节点将自己的共享文件的索引信息存储在超级节点上，在处理查询请求时，查询请求仅在超级节点之间转发，网络拓扑

19、结构也仅由超级节点来维护。超级节点之间可以采用分布式非结构化拓扑或分布式结构化拓扑。和集中式架构相比，该架构具有更好的可扩展性。和全分布式架构相比，该架构充分考虑了节点的异构性，降低了处理能力弱的节点的负荷。和传统的客户端/服务器（Client/Server）结构相比，P2P 技术具有以下特点： 分布式网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都是直接在节点之间进行，避免可能出现的瓶颈，即便在集中式的 P2P 拓扑中，虽然查找资源、定位服务或安全检验等环境需要集中是服务器的参与，但主要的信息交换最终仍然由主机来完成，大大降低了对集中式服务器的资源和性能的要求。可扩展性在传统的

20、C/S 架构中，系统能够容纳的用户数量受服务器能力的限制。为支持互联网上大量的用户，需要使用大量高性能的服务器。在 P2P 网络中，随着用户数量的增加，不仅服务需求增加了，系统整体的资源和服务能力也在同步扩充。由于降低了对服务器的依赖，很多 P2P 系统（如：基于 DHT 的结构化 P2P 拓扑）可以拓展到数十亿个节点参考文献。健壮性P2P 网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小，而且 P2P 叠加网一般在部分节点失效的情况下能够自动调整拓扑结构，保持和其他节点的连通性。P2P 叠加网通常是以自组织的方式建立起来，允

21、许节点的自由加入和离开。 高性价比采用 P2P 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所有节点上，利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的，通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。 1.2.P2P 技术对电信网络的影响技术对电信网络的影响1.2.1.对城域网、骨干网的影响对城域网、骨干网的影响基于 P2P 技术的相关应用充分利用了分布在网络边缘节点的处理能力和带宽，提高了吞吐量，同时也增加了电信网络负荷。P2P 应用占用了大量的网络资源，对 IP 城域网和骨干网产生强有力的冲击，并导致网络拥塞、性能下降，

22、影响到其他网络应用的使用。按照Cachelogic 公司的调查，2006 年有近 70的带宽被 P2P 通信占据（如*图所示） 。图表图表 1： 互联网网络资源使用情况互联网网络资源使用情况 CacheLogic, 2006对中国运营商的调查进一步证实了上述统计数据。国内 P2P 应用占用了电信运营商城域网 50 70的流量，占用骨干网 5080的流量（如*图所示） 。图表图表 2： 国内某省电信运营商骨干网出口的流量分布国内某省电信运营商骨干网出口的流量分布 2006.12目前，中国国内的电信运营商主要采用与带宽相关的包月收费和按时长收费的体制。在传统的客户机服务器模式中，由于服务器的处理能

23、力、带宽等瓶颈限制了数据的传输能力，而当 P2P 出现后，这个瓶颈被打破，使得数据流量迅速增加。P2P 应用能够吸纳大量的网络带宽，很多用户 24 小时不间断从互联网上进行文件下载（如*图所示） ，产生黑洞效应。另外 P2P 作为 IP 网上的层叠网（overlay） ，与底层物理网络拓扑无关，使得 P2P 应用不考虑数据的长途交换和跨域交换，增加了骨干网负荷并带来了大量的网间流量。很多P2P 应用对网络时延和网络拥塞敏感性低，在网络拥塞的状态下仍然能够继续使用，从而进一步恶化了网络的运行状态。图表图表 3：国内某省电信运营商骨干网出口的：国内某省电信运营商骨干网出口的 P2P 流量流量 20

24、06.12为了降低 P2P 应用对电信网络的冲击，电信运营商对 P2P 应用程序采取反向工程，分析 P2P 应用程序的工作原理和业务流程，在接入网和城域网截取 IP 数据包并通过深度数据包检测（DPI）技术解析 P2P 的协议，进而限制 P2P 占用的网络带宽，以达到对网络流量进行整形的目的。另外运营商也通过在城域网部署 Cache 服务器的方式缓存点击率高的数据，以降低骨干网的网络负荷。1.2.2.对接入网的影响对接入网的影响目前的接入网设计主要参考 C/S 架构，用户主要通过服务器来获取数据，数据传输以下行为主，接入网数据上下行传输速率是不对称的。如：ADSL, VDSL 等。接入网的非对

25、称上下行数据传输速率已经无法适应 P2P 应用，尤其是当运营商采用 P2P 网络拓扑结构为用户提供服务的时候，总的上行速率远远低于总的下行速率，运营商不得不依赖于服务器来弥补上行速率的不足，这削弱了 P2P 的技术优势。P2P 技术的应用对接入网也提出了新的要求。1.3.P2P 技术应用于移动互联网技术应用于移动互联网1.3.1.P2P 技术应用于移动互联网所面临的挑战技术应用于移动互联网所面临的挑战随着手机终端性能的不断提高，在手机终端上直接应用 P2P 业务无疑非常具有吸引力。然而，同固定互联网相比，移动互联网具有的一些独特的机制和特点，它们将会极大的影响 P2P 技术在移动互联网中的应用

26、，甚至需要针对移动网络对 P2P 系统进行专门的优化和设计。移动互联网的特点主要包括以下几个方面： 业务流量对于移动通信网络而言，无线资源非常宝贵。传统的各种 P2P 应用需要消耗大量的网络资源，如何在 P2P 业务和无线资源消耗之间取得一种新的平衡点是需要首先解决的问题。另外，移动互联网中数据传输采用上下行非对称的方式，也影响 P2P 业务的应用。相对恶劣的信道环境蜂窝网络和固定网络之间的另外一个巨大差异是它的通信环境。蜂窝网络中的无线链路环境相对固定网络要恶劣得多，经常可能因为无线信号的多径衰落和信道拥塞等问题造成 P2P 节点之间的连通性不能得到保障，这在一定程度上影响到 P2P 叠加网

27、逻辑拓扑的稳定性，并由此会对 P2P 网络中的查询、路由机制等带来一定的影响。移动设备有限的处理能力移动设备的 CPU 的处理能力、可用的存储空间、电池使用时间等限制和固定网络终端相比有很大差异。移动设备自身的资源限制使得其不可能像传统 P2P 中的节点那样，长时间扮演服务器的角色，另外在移动网络中，用户还必须同时考虑贡献或转发资源过程中所消耗的电池能量。移动性移动环境下节点的频繁移动性对现有的 P2P 业务而言也是个很大的挑战，会造成一系列的技术问题。对移动 ad hoc 网络，会导致拓扑的频繁变化，甚至导致网络不可用终端操作系统不统一目前手机终端的操作系统很多，主流操作系统包括 Symbi

28、an、Linux、WindowsMobile等，如果想在移动终端上使用 P2P 应用，必须在不同操作系统上开发多种不同版本的应用程序或者客户端软件，这需要各手机终端厂商针对各自平台的应用开放。1.3.2.P2P 技术在移动互联网中的应用技术在移动互联网中的应用一些企业和科研机构对 P2P 技术应用于移动互联网进行了研究和探索，根据 P2P 的业务应用可以划分为以下几类：文件共享在移动网络环境下，通过 P2P 技术来共享移动终端中的文件VoIP通过在手机上安装 P2P 软件来提供 VoIP 业务。 （和记黄浦的欧洲 3 公司在 3G 手机上预装 Skype 软件，来提供 VoIP 业务）视频流媒

29、体一些研究机构提出利用移动 P2P 网络进行可靠的视频共享业务游戏一些研究机构尝试利用 P2P 网络提供无线网络游戏协同工作基于 P2P 技术提供电子白板等工具作为协同办公的手段。2. 移动互联网移动互联网 P2P 技术发展国内外现状技术发展国内外现状现在越来越多的公司已经开始关注移动 P2P 领域了，通信巨头 Nokia 进入手机网络的P2P 文件交换技术开发，就预示着这一切。不过，移动 P2P 领域仍然是一个全新领域，大部分的应用目前基本都还处在测试阶段，没有进入大规模实际应用。移动 P2P 的功能基本主要应用于文件共享，如铃声、图片、游戏、音乐、电影预览和无线增殖服务等。2.1.欧盟移动

30、互联网欧盟移动互联网 P2P 技术的发展技术的发展 在欧盟方面，诺基亚作为行业巨头，研发中心一直关注着移动 P2P 技术的发展。爱立信也早在 2005 年就开始了在这片领域的开拓，与数字音乐领域的老牌 P2P 公司 Napster 携手一起提供音乐下载订购服务。Symbian 平台上的 P2P 应用2004 年，诺基亚开始着手研究移动 P2P 领域，与匈牙利的布达佩斯技术经济大学合作开发适用于手机网络的 P2P 文件交换技术。诺基亚的手机软件方面，也在该领域保持着与时俱进。时下比较流行的手机网络音乐下载软件 Peerbox 有基于 Symbian 第二版的版本，适用于 Nokia 3230，

31、6680，6681，6682，N90 等。也有基于 Symbian 第三版的版本，适用于 Nokia 3250，5500，6120 classic， N93，N93i，N95 等型号的诺基亚手机。2006 年 3 月 29 日， “2006 全球 NGN 高峰论坛”上，诺基亚公司相关专家称 IMS 是支持P2P 通信的公认标谁，并表示已针对目前的热点 IMS 业务开发出相关手机。IMS 不仅是一个移动的技术，对于固网和移动来说，也是一个融合的技术。爱立信携手 Napster 提供数字音乐服务2005 年 6 月，瑞典电讯装备厂商爱立信和美国 Napster 携手宣布，它们联合起来提供面向全球范

32、围的手机用户的数字音乐服务。 二家公司称，它们将整合它们的相关技术和数字音乐资产，开发一种新服务，提供与 iTunes 相似的音乐下载服务和订购服务。它们将在明年向全球的手机运营商提供这一服务。 越来越多的手机运营商都利用 Musiwave、Melodeo 等初创厂商的技术提供数字音乐服务。为了更好地提供手机音乐服务，韩国最大的手机运营商最近已经控股韩国最大的唱片公司。此前，Napster 已经涉足手机领域，通过美国的一些手机运营商提供服务，并提供手机铃音下载服务。2.2.美国移动互联网美国移动互联网 P2P 技术的发展技术的发展在美国，行业内的大小公司对移动 P2P 的领域的竞争也是此起彼伏

33、，从以下三个例子可见一斑。在业务方面的尝试也呈多样性，有图片和音乐的共享，有播客和点对点通话等不同应用。Nareos 发布手机 P2P 软件 PeerBox 可分享图片和音乐2006 年初，美国的 nareos 公司专注于提供移动网络上的分布式内容服务的解决方案，已推出了基于手机 P2P 下载的服务PeerBox，现在已有了 Beta 版。它允许手机用户通过手机终端进入开放的 P2P 网络，搜索和下载自己需要的资料，不过暂时只能提供音乐和图片服务。用户可以通过多种方式搜索自己需要的音乐，比如艺术家和歌名的搜索，Nareos 的服务器也会向用户推荐免费或者付费的内容。与网上的 P2P 不同，Pe

34、erBox 通过指纹识别技术来识别音乐内容版权，管理相当严格。如果用户下载的音乐是有版权的就必须付费。自发行以来，该软件得到不少用户的喜爱。Melodeo 发布手机播客软件2005 年 8 月，从事 P2P 软件生产的开发商 Melodeo 宣布为手机用户推出音乐服务。用户通过 Melodeo 提供的播客软件，就可以收听自己喜欢的音乐。这种新的软件，叫Mobilcast，允许手机用户下载播客内容。在过去几年里，播客在市场上赢得了用户的青睐，但其对象仅限于 PC 和数码播放器。Melodeo 推出的软件使播客扩大到数百万用户，使手机进入播客的视野。Melodeo 公司的相关人士称，手机是查询和收

35、听播客的一种完美工具，通过推出 Mobilcast，手机用户可以得到适用于其它数码媒体的相同播客体验。NewBay 推出手机点对点软件2005 年 5 月 NewBay 宣布推出一款名叫 FoneShare 的手机点对点软件，并在 2006 年作为一项订阅服务正式运营在一个私有的无线网络上。FoneShare 是 NewBay 软件公司推出的一款应用程序，它允许人们与陌生人共享其收藏品，像铃声，图片，游戏，音乐，电影预览和其他的无线增值服务。2006 年 FoneShare 已作为一项订阅服务正式推出，运行在一私有的无线运营网络上，而共享活动必须通过由无线运营商控制的网站，那真是与 Napst

36、er 相去千里。Napster 不但免费，允许人们从储存在未知的数以百万计的个人电脑上选择数字音乐库，依赖于公网的匿名性。2.3.日本移动互联网日本移动互联网 P2P 技术的发展技术的发展日本可以称得上是移动互联网业务发展最好的国家之一，其移动数据业务收入约占全球 40%的份额，接近三分之一的日本人使用移动互联网业务，其中 80%在 3G 终端上使用移动互联网业务。同时，互联网 P2P 技术，如 winny、share 等软件，在日本风行，近日因版权问题受到了一定程度的打压。但说到移动 P2P，能找到的业务就少之又少了。在日本，移动 P2P 目前只停留在研究机构中。按照覆盖网的拓扑结构，当前的

37、移动 P2P 系统主要分为集中式系统、全分布式系统、半分布式系统。在集中式系统方面，日本的 Keio 大学联合多所大学(Tokyo，Kyoto 等)和研究机构(NTT DoCoMo，Ericsson，HP 等)成立的 PUCC(P2P universal computing consortium)组织，提出了一个 P2P 网络平台，声称能在包括 Internet、移动网络、家庭网络等在内的各种网络间进行无缝通信，其 P2P 网络体系结构能支持纯 P2P 网络和混合式 P2P 网络两种组网方式。该混合式 P2P 网络由一个中心控制节点进行集中控制，网络中所有对等节点把其自身和邻居节点的信息汇报给

38、控制节点，因而控制节点能理解整个网络拓扑结构，并提供路由、安全、拓扑优化等信息。可以看出，这种混合式 P2P 网络采取集中式控制的方式，因而具有集中式网络自有的缺点，包括扩展性不强、控制节点易成为系统瓶颈、存在单点失败等。2.4.国内移动互联网国内移动互联网 P2P 技术的发展技术的发展国内的创业者们也一直没有放松对移动 P2P 领域的关注，距今最近的是 07 年推出的讯播流媒体软件。之前还有其他应用的移动 P2P 业务的兴起。中移动也于今年提出的Wiise 项目中提到会有一部分移动 P2P 方面的研究。中国业内对移动 P2P 的兴趣仍保持相当的热度。高于 BT 的手机 P2P 流媒体软件讯播

39、（XunBoo）2007 年初，一款名为”迅播(XunBoo)”的 P2P 网络流媒体软件出现，做为世界上首款面向市场推广的嵌入式 P2P 平台，给业界带来了一股新鲜的气息。迅播，是一个采用 P2P(Peer to Peer)分布式网络技术，实现视频流媒体即时传输观看的软件系统。 “迅播”即取迅速播放观看之意。系统建立在一整套跨系统环境中，同时可以支持Windows、Windows Mobile、Linux、Symbian 操作系统，丰富了用户体验。产品广泛地应用于不同的市场，除了在传统 PC 领域，用户还可以在手机、移动终端等载体上享受到流媒体播放带来的移动电视全新体验。迅播独创的跨平台特性

40、，使它成为了世界上首款支持手机 P2P 流媒体电视的系统，为将来的 3G 应用做好了充分准备。采用 P2P 方式开展视频服务可以大幅度降低服务器投资和带宽的成本，大幅度分流了原本集中在服务器上的流量压力，对于电信运营商的网络结构也是一个比较好的优化，因为电信运营商的网络结构基本上是一个树形，越接近接入层，带宽越大，而 P2P 技术合理地利用了接入网的带宽，而不需要将流量压力都集中到 IDC 机房内。滚石移动注资 iPeer 开发合法 P2P 下载服务2006 年 9 月，专注于大中华地区数字音乐服务领导厂商滚石移动集团对外宣布，完成了对在线音乐业者 iPeer 多媒体国际公司(iPeer Mu

41、ltimedia International Ltd.)的投资，成为iPeer 的主要股东之一。这次的注资活动，促成了两者在大中华地区策略发展伙伴的结合，对双方加强数字音乐合作产生促进作用。iPeer 旗下的达霖数位公司今年七月份宣布推出在线音乐平台“ezPeer+” ，该平台在台湾目前有 30 万付费会员。随着互联网的普及和宽带技术的发展，以 P2P 技术为核心的软件产品正在为越来越多的网民所接受和喜爱。作为亚洲唯一提供合法 P2P 下载的公司，并拥有专利保护的数字音乐版权管理机制(DRM)，达霖数位公司是目前台湾最大合法 P2P 音乐下载服务提供商，它提供了消费者交换音乐的合法渠道，让 P

42、2P 音乐爱好者能以合理的价格享受合法数字音乐下载服务。从滚石与 iPeer 的合作中，可以看到合法的 P2P 经营模式，不单让消费者交换音乐完全合法，更可以大幅的提升在线音乐服务的质量，并显著的提高使用者的满意度，让用户有机会体验移动的 P2P 服务。中国第一款手机 P2P 搜索引擎正式发布数据存储随着数据增加越来越贵，一旦某个环节出现崩溃，整个企业就面临危机。使用移动 P2P，数据分别存储在各个节点上，发挥了 P2P 网上的全部直挂式存储能力，不会增加数据存储的任何额开支，是一种不可多得的选择。爱玩它（） ，是国内一家研究 P2P 技术的公司，致力于将 P2P 技术应用到无线领域。经过一段

43、时间的研发，爱玩它已于 2005 年 8 月下旬正式发布中国第一款基于手机终端的 P2P 搜索引擎。通过爱玩它的 P2P 搜索引擎，手机用户将可以随时随地搜索到互联网上网友们共享的免费手机游戏、彩图和弦、真唱 MP3 铃声、电子书籍等内容，并且可以下载使用这些内容。目前爱玩它 P2P 搜索引擎只支持中国移动并开通 GPRS 功能的手机用户。2.5.移动互联网移动互联网 P2P 业务现状总结业务现状总结手机用户，是一个用户众多、覆盖面极广的主流通讯群体，P2P，是一种迅速崛起、应用面极广的网络传输技术。当两者相遇，携手合作之时，可以预见它们能够为我们提供更为广泛、多样的服务。虽然因为多种因素，致

44、使目前大多数的业务仍在测试阶段，但移动 P2P 的前景和市场是显而易见的。多媒体内容的移动发布下载对于无线网络音乐的下载，使用 P2P 技术解决方案将会是最佳的选择，这会最大限度地提高音乐下载速度、发布效率，并能大幅度地降低成本。在线音乐的市场是巨大的，P2P 技术在手机 MP3 下载业务方面的应用前景更是广阔的，而且下载更可以扩展到铃声、图片、彩信等无线增值业务。手机 P2P 的出现，将会提供更好的服务，并能大大降低运营商的成本。手机 P2P 网游平台手机 P2P 会在在线游戏方面大展拳脚。今天你也许会因自己没有安装游戏不能参加一个多人游戏而苦恼，那么手机 P2P 的出现就能轻松解决这些问题

45、，你可以同时从很多朋友那里进行多点下载，从而尽快解决问题。或许，我们将来可以看到一款手机 P2P 游戏，这款游戏的特点不像如今的各大线上游戏那样，服务端和客户端分开存在，而是玩家在玩游戏的时候既是客户端也是服务端，从而能充分利用资源，你再也不会因网络堵塞而郁闷，也不会抱怨服务商的网络环境和服务器太差了。手机上的 Skype手机 P2P 在通话服务方面也许会给无线电话业带来变革。有了手机 P2P，也许将来我们与联系者的通话就是直接进行连接，而无需通过目前的基站。每一个手机都是一个终端，也是一个中转站。而且采用点对点技术，能保证高质量的通话效果，但是它并不花费一分钱，不会像目前运营商建立那么多基站

46、需要花费巨大数量的资金。Skype 目前在网络电话方面取得了惊人的成绩，相信将来一定也会出现一款使用 P2P 技术的无线移动电话软件。在全球范围内，这三个作为代表的业务场景都已经有了一定的尝试。运营商、服务提供商和广大移动终端用户都期待真正的移动 P2P 时代的到来。3. 基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 关键技术研究关键技术研究3.1.基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 网络体系结构网络体系结构移动 P2P 网络由固定 P2P 网络演化而来，很多系统将成熟的面向固定网络的 P2P 系统移植到移动网络中。一些系统在此基础上，根据移动网络的特点对其进行优化和改进。根据 P2P 网络

47、拓扑结构划分，基于移动互联网的 P2P 网络体系结构可以分为集中式架构、半分布式架构和面向 ad hoc 网络的全分布式架构。3.1.1.集中式架构集中式架构 由 NTT DoCoMo 和爱立信的研究人员共同提出了一个用于移动 P2P 通信的业务平台1 2。该平台结合了集中式架构和全分布式 P2P 架构，通过网关节点（Gateway Node）将全分布式 P2P 架构的节点连接到集中式架构中，系统网络拓扑如图【9】所示。当移动终端通过 WiFi、蓝牙等连接方式，组成 Ad-hoc 网络时，以全分布式 P2P 网络拓扑的形式通过网关节点连接到集中式 P2P 系统中。当移动终端通过 GPRS/HS

48、DPA 等移动网络接入到互联网时，通过移动代理（Mobile Proxy）连接到集中式 P2P 系统中。图图 4在集中式 P2P 网络中，控制节点（Control Node）是网络的管理实体，提供名字解析（name resolution） 、路由信息（route information） 、P2P 节点发现、网络拓扑优化、节点鉴权和组播组的管理等功能。普通节点向控制节点进行注册和登陆，由控制节点维护该节点的在线信息。普通节点通过控制结点提供的路由信息来找到其他的节点以进行数据通信。控制节点解决了网络的安全性问题，并阻止网络被分割。网关节点向全分布式 P2P 节点提供路由信息、节点鉴权和组播组管

49、理等功能。当移动终端通过移动网络接入到集中式 P2P 网络的时候，由于处理能力、存储能力、电池等方面的限制，使其无法向普通 PC 那样成为网络中的普通节点。为了适应移动终端的这种特征，系统引入移动代理，由移动代理来代替移动终端实现部分功能（在半分布式架构中，此功能由超级节点来完成） 。系统中，移动终端采用层次化协议架构，如图【2】所示。P2P 核心协议是移动终端的必选协议，提供节点命名（Node Naming） 、路由（Routing） 、基础通信（Communication）和多种消息类型。P2P 基础通信协议（P2P Basic Communication Protocol）实现 P2P

50、节点之间的连接建立，并进行资源交换。P2P 控制消息（P2P Control Message）实现节点的发现、错误报告和网络拓扑诊断等系统维护和异常诊断的功能。同时，该协议框架还提供了一些可选的功能模块，可以根据终端的能力和业务需求进行裁减和配置。通过中间件 API 接口，开发者可以开发新的 P2P 应用。图图 5上述架构为宽带网络、无线网络、家庭网络、传感器网络等多种异构网络环境提供了统一的业务平台，并提供了安全和网络维护等功能。用户可以通过控制节点对系统进行配置和管理，来满足运营商的需求。但该系统中的控制节点有可能导致系统在可扩展性方面存在瓶颈。3.1.2.半分布式架构半分布式架构1、 J

51、XME 平台开源的 JXTA3项目由 SUN 公司提出，并在一些学术机构、科研团体和公司的共同参与下不断完善。JXTA 建立在现有的物理网络（IP, WIFI 等）基础上，实现了 P2P 叠加网中的一些通用操作，为 Peer 节点之间的通信提供标准化的协议框架，使节点能够相互发现，自组织成为群组，实现资源查找，和节点之间的相互通信与监测。JXTA 建立在五个关键抽象之上：1）统一的节点标识空间、2）节点群组、3）广告、4）解析器和 5）管道。他们构成了 P2P 业务应用的通用框架，为各种应用的开发提供了基础。JXTA 独立于软件和硬件平台，也不依赖于具体的编程语言，使基于不同操作系统（如：Mi

52、crosoft Windows 和Unix 操作系统）和使用不同网络协议之间的 Peer 节点之间能够在 P2P 叠加网中进行通信。随着 JXTA 系统的不断完善，在 2.0 版本中，对超级节点（Super-peer）的操作进一步优化。JXTA 超级节点包括：1）集合（Rendezvous）节点和 2）中继（Relay）节点两类。集合节点缓存连接在该节点上叶子节所存储的广告索引。JXTA 为超级节点提供“随机漫步”和 “松散相容分布式散列表（loosely consistent DHT） ”两种拓扑结构。对于抖动幅度较高的 ad hoc 网络，采用随机漫步的方式进行查询，降低了超级节点维护索引

53、信息所产生的额外开销。对抖动较低的网络，集合节点之间使用松散相容分布式散列表算法，提高了查询效率。同时，开发人员也可以根据不同的业务需求设计适应的拓扑结构来代替上述两种拓扑结构。中继节点为处于 NAT/防火墙之后的 Peer 节点与其他节点无障碍的进行数据通信提供了手段。图表图表 6JXTA 协议由“核心协议”和“标准服务协议”组成，如【4】图所示。核心协议是JXTA 协议的最小集，可以应用于资源严重受限的系统中。标准服务协议定义了各种 JXTA应用所需要的功能模块和操作。标准协议并不需要全部实现，可以根据业务需求进行裁减。图表图表 7为了使 JXTA 能够应用于移动通信网络中，需要轻量级的

54、JXTA 应用于移动终端，基于上述需求，JXME 应运而生。JXME 是 JXTA 在 J2ME 上的实现4。JXME 的基本目的是在提供 J2ME 的小型终端设备和嵌入式消费电子产品上实现 JXTA 的基本功能，为上层的 P2P 应用开发提供底层的平台。通过 JXME，任何 J2ME 的终端设备都能够参加 P2P 网络的交互。图表图表 8和 JXTA 相比，JXME 对中继节点的功能进行了增强，如【5】图所示。JXME 通过中继节点（Relay）将移动 peer 节点和 JXTA 网络相连。中继节点实现以下功能：消息过滤中继节点对不必要的广告进行过滤，以降低对移动网络带宽的消耗消息路由中继节

55、点对移动 Peer 节点的消息进行路由消息压缩将 JXTA XML 格式的消息转换成二进制发送给移动 Peer，或将移动 Peer 发送的二进制消息转换称 XML 格式发送给其他节点。2、 运营商驱动的 P2P 业务平台由 NTT 欧洲实验室的 Wolfgang Kellerer 等人提出的面向运营商的基于异构网络的 P2P平台也是基于超级节点体系架构56，如图【6】所示。该体系架构中，具有较强处理能力的 Super Node 节点组成一个基于分布式散列表（DHT）逻辑拓扑结构，低性能的叶子节点依附于超级节点上，不用处理 DHT 路由信息。图表图表 9P2P 业务平台被分为两层：1）P2P 核

56、心服务层和（Core P2P Service）2）面向 P2P 应用的特殊服务层（Application Specific P2P Services） 。图表图表 10P2P 核心服务层提供最基础的功能，如：节点启动引导（bootstrapping）和基于 DHT协议的资源查找功能。同时，为了满足运营商提供电信级服务的需求，它还为运营商提供网络监控、可靠性管理等功能。P2P 核心层引入了控制管理模块（Controllability & manageability） ，它具有两个基本功能：1)对网络状况进行监控。通过一些由运营商控制的Peer 节点或监控服务器来监测网络状况，如：网络的流量状况。

57、2)提供对网络控制的功能。比如，当网络抖动过于剧烈的时候，向网络中增加一定数量的稳定节点或改变 Peer 节点的备份策略等。动态适配模块（Dynamic adaptation）根据底层网络的状况，动态的改变 P2P协议的参数，甚至是 P2P 算法来适应网络的变化。比如，在网络抖动很高的时候，用非结构化网络拓扑来替换 DHT 拓扑可以获得更好的性能。可靠性模块(Reliability)为提供电信级高可靠性业务承担重要角色。电信级高可靠性意味着 Peer 节点可以在任何时候获得它所需要的内容，而 P2P 网络在抖动性高的情况下很难满足上述要求，这使系统需要提供相应的备份机制（用来备份索引信息）来解

58、决上述问题。这些备份机制需要充分考虑节点的在线时间、节点失效的概率等因素。面向 P2P 应用的特殊服务层（Application Specific P2P Service）提供数据管理、信誉度管理、激励机制、数组版权管理等功能，为在该平台上开发新的 P2P 应用提供了相应的开发接口，以便于实现新的 P2P 应用。该架构的最显著特点是增加了一些新的模块来满足运营商的可控制、可管理和高可靠性方面的要求，为 P2P 技术应用于电信网络提供了有益的研究和探索。3.2.基于移动互联网的基于移动互联网的 P2P 网络资源发现技术网络资源发现技术移动终端可以通过 GPRS 等移动通信网络接入到移动互联网中，

59、也可以通过 WiFi、蓝牙等方式组成自组织网络，接入到移动互联网。一些系统把通过移动网络接入的移动终端看作是固网系统的延伸，通过增加移动代理，将移动终端接入到现有的 P2P 系统中，实现P2P 业务2。也有研究者提出设计面向异构网络的 P2P 的系统，改变现网的 C/S 模式，提供基于 P2P 架构的业务网络，为移动用户提供服务73。另外移动终端本身也可以组成自组织网络（ad hoc） ，在自组织网络之上实现 P2P 叠加网（即：移动 P2P） ，进行资源共享。图【8】描述了 ad hoc 网络和移动 P2P 之间的关系，ad hoc 网络主要解决移动设备之间的互联互通，实现相关的路由协议7，

60、相当于固网中的 IP 层，移动 P2P 叠加在 ad hoc 网络基础之上。图表图表 113.2.1.基于现有基于现有 P2P 系统向移动网络延伸系统向移动网络延伸1、 集中式架构搜索算法有研究者提出将 eDonkey 文件共享协议应用于移动移动网络8，实现文件共享或信息共享服务参考文献。移动终端将其共享的文件的索引信息发送给索引服务器，由索引服务器对其进行管理和维护。当移动终端希望获取共享文件的时候，首先向索引服务器发起查询请求，索引服务器搜索其管理的共享文件信息。如果共享文件存在，则将索引信息反馈给发起该请求的移动终端，如果索引信息不存在，则通过爬虫节点（Crawling Peer）从互联

61、网上进行查询，并将查询结构通过索引服务器发送给发起该请求的移动终端。当共享文件在移动网络中时，查询请求发起的移动终端可以根据获得的索引信息直接向存储该信息的终端获取。当移动共享信息不在移动网络时，发起该请求的移动终端通过 P2P 代理（P2P Proxy）与互联网中的 Peer 节点相连，以获取共享文件。对于系统中点击率高的热点信息可以存储在缓存节点（Cache Peer）中，当移动节点获取热点文件时，可以从缓存节点获取，以减少对无线资源的占用。图表图表 122、 基于泛洪的半分布式搜索算法有研究者提出通过在 Gnutella 文件共享系统中增加移动代理（Mobile Agent）来支持移动设

62、备的信息共享服务9。随着对 Gnutella 优化研究的不断深入，Gnutella 协议逐渐演化为半分布式的体系架构，即网络中具有较强处理能力和网络带宽的节点组成超级节点（Super Peer） ，普通节点作为叶子节点附着在超级节点周围，超级节点间通过泛洪算法分发查询请求。移动终端根据其 IP 地址、CPU、网络能力以及用户希望共享的文件等信息生成移动代理（MA） ，并将其发送到具有执行环境的主机上。在该主机上，移动代理代表移动终端加入到 Gnutella 网络。移动终端和移动代理之间采用类似 HTTP 的轻量级的通信协议，以降低协议开销。当移动用户发起文件查询时，查询请求被发送到移动代理，移

63、动代理将其转化为 Gnutella 协议，通过 Gnutella 文件共享系统进行查询。图表图表 13移动代理的引入，使移动终端不必处理网络侧发送来的查询消息，降低了网络流量。另外，移动代理提供的转发机制能够为处于不同 NAT/防火墙的移动终端之间的数据交换提供保障。3、 基于 DHT 的半分布式搜索算法传统的 DHT 算法中，所有的节点都被映射到一个 ID 空间中，共同组成分布式散列表。该算法没有考虑到节点异构性，而且，当节点的抖动较高的时候，对网络拓扑影响较大。为了弥补上述不足，有研究者提出基于层次化的分布式散列表结构10。由处理能力强、网络带宽高、在线时间长的节点组成超级节点，超级节点间

64、基于结构化分布式散列表算法。处理能力较弱的节点，如移动终端，作为叶子节点连接到超级节点。由超级节点来维护节点拓扑结构，并处理查询请求，降低了叶子节点的负荷。图表图表 143.2.2.基于移动通信网络的特点对基于移动通信网络的特点对 P2P 算法进行改进算法进行改进很多研究集中在移动自组织网络领域，即：通过将 P2P 算法应用于 ad hoc 网络之上，来提供新的 P2P 应用。网络路由算法是 ad hoc 网络的主要研究内容，它可分为主动（Proactive）路由算法和被动（Reactive）路由算法。P2P 和 ad hoc 有很多相似性，也有很多不同点18。传统的 P2P 资源定位算法是为

65、互联网而设计，为了适应移动 ad hoc 网络，需要对 P2P 算法进行改进和优化。相关的研究包括：基于泛洪的算法和基于结构化分布式散列表的算法。1、 泛洪算法7DS 14第一个实现了在 ad hoc 网络上应用 P2P 技术。当移动节点没有连接到互联网时，移动节点通过 WLAN 等方式向其他的移动节点发送组播查询请求，缓存了相应网页信息的节点向查询节点发送应答信息，使移动节点之间通过文件共享的方式实现对网页的访问。被动分布式索引（Passive Distributed Indexing）15 1617通过在每个移动设备中维护索引缓存来避免将查询消息在整个网络中泛洪，索引缓存使节点能够回答一些

66、流行的查询消息即使该节点没有存储相关的文件。每个移动设备通过监听广播查询的回复消息来填充索引缓存，采用新索引置换就索引的方式来限制索引的数目，并且对索引项增加定时器，来维护索引的有效性。RAON19参考了 Gia20中的大量特征，如：拓扑适应（Topology Adaptation） ，使具有高容量的节点具有高度数；流控制（Flow Control） ，通过令牌来限制邻居节点发起的查询请求数目，使本节点不会过载；一跳复制（one-hop replication） ，使每个节点存储其直接邻居节点的共享文件指针。同时，还对 Gia 进行了优化，如：在倾斜性随机漫步（biased random walk）算法中，高度数节点接收查询消息，并实现查询过程需要消耗较多电能，因此，根据电池容量和连接稳定性等因素对算法进行了优化。2、 DHT 算法在早期的 DHT 算法中，没有考虑节点在网络层的拓扑结构，导致逻辑位置相距较近的节点在物理位置上相距较远，并产生绕路现象。在 CAN 算法的后续版本中，每个节点通过测量该节点和一系列坐标节点（landmark nodes）之间的延时来推测本节点在互联网中的相