無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式存儲(chǔ)與下載機(jī)制研究

黃蓋 譚凌嵐

摘要：隨著云計(jì)算的快速發(fā)展，無(wú)線WIFI迎來(lái)云網(wǎng)融合時(shí)代，文章采用云平臺(tái)的架構(gòu)，可以極大地提升系統(tǒng)的擴(kuò)展能力極其靈活性，提出了針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式存儲(chǔ)與下載機(jī)制的研究。其包括云中心、節(jié)點(diǎn)簇及終端用戶三層架構(gòu);節(jié)點(diǎn)簇分別與云中心及終端用戶相連通。該文的方法包括資源下載及資源分布式存儲(chǔ)兩個(gè)部分。該文通過(guò)采用基于云服務(wù)的分層管理技術(shù)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIFI為無(wú)線接入技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為載體，同時(shí)結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理的方法;這種分布式的三層云結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活及方便性，能實(shí)現(xiàn)終端用戶即插即用，在為用戶提供免費(fèi)的無(wú)線WIFI網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較好的廣告宣傳效果。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò);分布式儲(chǔ)存;資源下載;云計(jì)算;分層管理

中圖分類號(hào)：TP393.08? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0001-03

Research on Distributed Storage and Download Mechanism of Resources in Wireless Networks

HHUANG Gai， TAN Ling-lan

（1.Wuhan Hongxu Information Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430074， China; 2.Public Security Department of Jiangxi Province， Nanchang 330000， China）

Abstract： With the outbreak of cloud computing， WIFI ushers in the era of cloud network convergence， and adopts the cloud platform architecture， which can greatly enhance the scalability and flexibility of the system. The article proposes research on the distributed storage and download mechanism of resources in wireless networks. The field of wireless network communication technology. It includes a cloud center， a node cluster， and an end user three-tier architecture; the node clusters are respectively connected to the cloud center and the end users. The method includes two parts： resource distribution storage and resource downloading. The article adopts the cloud service-based layered management technology， wireless network WIFI as the wireless access technology， the Internet as the carrier， and the cloud computing technology to realize a new wireless network resource management method; this distributed three-tier The cloud structure realizes the flexibility of wireless network applications， enables end users to plug and play， and provides a good advertising role while providing users with free wireless networks.

Key words： Wireless Network; Distributed Storage; Resource Download;Cloud Computing;Hierarchical Management

無(wú)線WIFI在當(dāng)前被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)線上線下融合的最佳接入點(diǎn)，同時(shí)也是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，尤其是O2O（Online To Offline，線上到線下）業(yè)務(wù)的重要載體。

商用WIFI建設(shè)網(wǎng)絡(luò)既要考慮到無(wú)線部署、優(yōu)化、管理和維護(hù)等基礎(chǔ)性架構(gòu)層面的技術(shù)問題，同時(shí)還要具備先進(jìn)的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，承載身份識(shí)別、應(yīng)用門戶、移動(dòng)增值和廣告推送等功能，甚至還要與商家的CRM（Customer Relationship Management，客戶關(guān)系管理）的營(yíng)業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度的融合，從而促進(jìn)改進(jìn)客戶業(yè)務(wù)的流程[1]。

隨著云計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)線WIFI迎來(lái)了云網(wǎng)融合的時(shí)代，本文采用云平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)，可極大提升系統(tǒng)的擴(kuò)展能力及靈活性，由于虛擬共享控制器的存儲(chǔ)，其作為最新一代無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的代表，可以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，尤其是在適用于總分連鎖式機(jī)構(gòu)及虛擬運(yùn)營(yíng)商方面，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入提供最可靠的技術(shù)保障。而在用戶終端層面，提供了全速率、全制式、全規(guī)格的產(chǎn)品，以滿足室內(nèi)/室外、吸頂/放裝、低速/高速、便攜/入墻及民用/工規(guī)等全天候的場(chǎng)景[2]。

文章中通過(guò)采用了基于云服務(wù)模式的分層管理技術(shù)，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIFI為無(wú)線接入技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為載體，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理的方法;文章中資源分布式存儲(chǔ)與下載方法，包括資源下載與資源分布存儲(chǔ)兩個(gè)步驟。

文章中采用的分布式三層云架構(gòu)，其主要包括云中心、節(jié)點(diǎn)簇和終端用戶;節(jié)點(diǎn)簇分別和云中心及終端用戶相連通。其中，云中心是一種由服務(wù)器集群組成，具備大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、海量數(shù)據(jù)管理、分布式海量數(shù)據(jù)存和分布式計(jì)算的特征。而節(jié)點(diǎn)簇是一種由多個(gè)控制管理模塊組成的網(wǎng)絡(luò)，包括第1、2…N，控制管理模塊21、22…2M，其中M是自然數(shù)，1≤N≤50;節(jié)點(diǎn)簇主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的緩存、內(nèi)容管理及對(duì)終端用戶進(jìn)行認(rèn)證管理的同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù);而終端用戶是指?jìng)鹘y(tǒng)意義上的移動(dòng)電腦及手機(jī)。

本文章采用基于云服務(wù)技術(shù)的分層管理技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)終端用戶即插即用，同時(shí)能在為用戶提供免費(fèi)無(wú)線WIFI網(wǎng)絡(luò)的，從而可以很好地實(shí)現(xiàn)廣告宣傳的作用。

1 相關(guān)知識(shí)介紹

1.1 云計(jì)算資源管理概述

在一般情況下，在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的“資源”包含內(nèi)存、各類接口控制器、硬盤存儲(chǔ)器及網(wǎng)絡(luò)連接等硬件設(shè)備的資源，同時(shí)也包括系統(tǒng)的組件、數(shù)據(jù)文件及程序等資源。由于通常情況下，如果在設(shè)備上部署好設(shè)計(jì)好軟件，如果需要更改，其難度會(huì)比較大。因此我們一般把“資源管理”中的“資源”稱作為系統(tǒng)的硬件資源。通過(guò)對(duì)這些資源在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下所起到的作用，我們可以將其抽象為“存儲(chǔ)資源”“計(jì)算資源”及“網(wǎng)絡(luò)資源”[3]。

存儲(chǔ)資源一般是指存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的能力。其決定“存儲(chǔ)資源”的主要因素包括硬盤、內(nèi)存及磁帶等存儲(chǔ)設(shè)備。

計(jì)算資源一般是指在特定計(jì)算模型之下，所解決特定的問題所需要消耗的資源。常見衡量的指標(biāo)包含計(jì)算時(shí)間及內(nèi)存空間，其中計(jì)算時(shí)間是指解決特定問題所需要花費(fèi)的步驟數(shù)目，而內(nèi)存空間是指解決該問題所需要的最小內(nèi)存的空間。而一般情況下決定“計(jì)算資源”的主要因素是和運(yùn)算能力的處理器有關(guān)聯(lián)。

網(wǎng)絡(luò)資源一般包括兩種意義：一是指多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)軟件及通信設(shè)備所形成的網(wǎng)絡(luò)連接;二是保存于互聯(lián)網(wǎng)或各種局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)資源[4]。決定“網(wǎng)絡(luò)資源”大小的因素一般包含交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)軟件、光纖、路由器等等。其常見的技術(shù)指標(biāo)包括誤碼率、帶寬等。

云計(jì)算資源包含兩大類：一類是指物理服務(wù)器、物理計(jì)算機(jī)以及前兩者與必備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及存儲(chǔ)設(shè)備所形成的物理集群。另一類是指在物理計(jì)算實(shí)體上通過(guò)單個(gè)虛擬機(jī)或者由多個(gè)虛擬機(jī)組合形成的虛擬機(jī)群。作為一種大規(guī)模分布式的環(huán)境，云計(jì)算所擁有的資源類型及數(shù)量都是巨大的，其為盡可能地在供需不平衡的市場(chǎng)中通過(guò)有限的資源來(lái)滿足多用戶的需求。[5]。

1.2 元數(shù)據(jù)管理技術(shù)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，元數(shù)據(jù)的體量是非常巨大的，而元數(shù)據(jù)的存取性能是整個(gè)分布式文件系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。常見的元數(shù)據(jù)管理分為集中式及分布式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)。集中式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)通常是采用單一的元數(shù)據(jù)服務(wù)器，在實(shí)現(xiàn)上會(huì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但同時(shí)會(huì)存在單點(diǎn)故障等問題。分布式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)則是將元數(shù)據(jù)分散在多個(gè)結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行存放[6]，進(jìn)而解決元數(shù)據(jù)服務(wù)器性能的瓶頸等問題，并提高元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)可擴(kuò)展的特性，但其實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，同時(shí)引入了元數(shù)據(jù)一致性的問題。另外，還有一種無(wú)元數(shù)據(jù)服務(wù)器的分布式架構(gòu)，該架構(gòu)是基于在線算法進(jìn)行組織數(shù)據(jù)，所以不需要專用元數(shù)據(jù)服務(wù)器。但是其對(duì)數(shù)據(jù)一致性的保障方面卻相對(duì)比較困難，在實(shí)現(xiàn)上比較復(fù)雜。文件目錄遍歷操作的效率比較低，并缺乏文件系統(tǒng)的全局監(jiān)控管理的功能。

1.3 系統(tǒng)彈性擴(kuò)展技術(shù)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，數(shù)據(jù)規(guī)模及復(fù)雜度的增加通常是非常迅速的，其對(duì)系統(tǒng)自身的擴(kuò)展性能的要求通常會(huì)較高。而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的高可擴(kuò)展性首先需要解決兩個(gè)方面的問題：一是元數(shù)據(jù)的分配，二是數(shù)據(jù)的透明遷移。其中，前者主要通過(guò)靜態(tài)子樹劃分的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的透明遷移則是側(cè)重?cái)?shù)據(jù)遷移算法的優(yōu)化。此外，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系的規(guī)模巨大，但結(jié)點(diǎn)失效率比較高，因此還需要完成一定的自適應(yīng)管理功能。系統(tǒng)必須能夠根據(jù)數(shù)據(jù)量及計(jì)算工作量來(lái)估算其需要結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)地將數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行遷移，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載均衡;與此同時(shí)，當(dāng)結(jié)點(diǎn)失效時(shí)，數(shù)據(jù)必須可以通過(guò)副本等機(jī)制進(jìn)行恢復(fù)，以保證對(duì)上層應(yīng)用不產(chǎn)生影響[7]。

1.4 存儲(chǔ)層級(jí)內(nèi)的優(yōu)化技術(shù)

在構(gòu)建存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，通常需要根據(jù)成本及性能來(lái)考慮，因而存儲(chǔ)系統(tǒng)在通常情況下會(huì)采用多層不同性價(jià)比的存儲(chǔ)器件來(lái)組成存儲(chǔ)層次的結(jié)構(gòu)。大數(shù)據(jù)存在規(guī)模大的特性，因而構(gòu)建高效合理的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)，可在保證系統(tǒng)性能的前提下，降低構(gòu)建成本及系統(tǒng)能耗。利用數(shù)據(jù)訪問局部性的原理，可以從兩個(gè)方面對(duì)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。一方面是基于提高性能的角度，可通過(guò)分析應(yīng)用特征識(shí)別熱點(diǎn)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)取或緩存，通過(guò)高效的緩存預(yù)取算法及合理的緩存容量配比[8]，從而提高訪問系統(tǒng)的性能。另外一方面是基于降低成本的角度，采用信息生命周期管理的方法，將訪問頻率低的冷數(shù)據(jù)遷移到廉價(jià)低速存儲(chǔ)設(shè)備上，可在小幅度范圍內(nèi)犧牲系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上，大幅度降低系統(tǒng)的構(gòu)建能耗及成本。

1.5 針對(duì)應(yīng)用和負(fù)載的存儲(chǔ)優(yōu)化技術(shù)

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型中需要盡可能支持多的應(yīng)用，因而需要具備比較好的通用性。而大數(shù)據(jù)具有快速處理、大規(guī)模及高動(dòng)態(tài)等特性，在一般情況下，通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并非是最能提高應(yīng)用性能的模型。而由于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)上層應(yīng)用的性能關(guān)注超過(guò)對(duì)通用性能的追求。針對(duì)應(yīng)用及負(fù)載來(lái)優(yōu)化存儲(chǔ)的特性，就是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及應(yīng)用相結(jié)合。簡(jiǎn)化或者擴(kuò)展分布式文件系統(tǒng)的功能，根據(jù)特定負(fù)載、特定應(yīng)用、特定的計(jì)算模型對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行定制及深度優(yōu)化，使應(yīng)用可以達(dá)到最佳性能。類似這種的優(yōu)化技術(shù)在Facebook、Google等互聯(lián)網(wǎng)公司的內(nèi)部存儲(chǔ)系統(tǒng)上，其管理已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)億byte級(jí)別的大數(shù)據(jù)，能夠達(dá)到相當(dāng)高數(shù)據(jù)處理的性能[9]。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式存儲(chǔ)方法

資源分布式存儲(chǔ)，是指在多臺(tái)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備上分布存儲(chǔ)資源。傳統(tǒng)的資源存儲(chǔ)方式是將所有資源集中的存儲(chǔ)在服務(wù)器上，而存儲(chǔ)服務(wù)器成為系統(tǒng)性能的瓶頸，同時(shí)也是可靠性及安全性關(guān)注的焦點(diǎn)之所在[10]。資源分布存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)方式所不同在于，分布存儲(chǔ)并不是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單一或者多個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)上，而是利用網(wǎng)絡(luò)管理使用企業(yè)中的每臺(tái)機(jī)器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲(chǔ)資源結(jié)合在一起構(gòu)成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備，而將數(shù)據(jù)分散的存儲(chǔ)在企業(yè)的各個(gè)角落中。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和應(yīng)用所需的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是用戶自定義的一種數(shù)據(jù)的類型[11]，其包含了一系列的屬性。其中，每一個(gè)屬性都對(duì)應(yīng)有一種數(shù)據(jù)類型，存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以通過(guò)二維表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)實(shí)現(xiàn)。資源分布存儲(chǔ)是采用可擴(kuò)展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其利用多臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器的方式來(lái)分擔(dān)存儲(chǔ)的負(fù)荷壓力，利用位置服務(wù)器來(lái)定位存儲(chǔ)的信息，實(shí)現(xiàn)資源分布儲(chǔ)存，它不但可以提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性及存取效率，還便于擴(kuò)展及資源的備份[12]。本文提出了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式存儲(chǔ)的方法，如圖1為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式與下載效果圖，其具體資源分布式存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)步驟包括如下兩個(gè)步驟：

步驟1：云中心將覆蓋區(qū)域內(nèi)的控制管理模塊分成若干部分，每個(gè)部分稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn)簇，其所包含的控制管理模塊的數(shù)量大小與區(qū)域內(nèi)用戶密集的程度緊密相關(guān)，即用戶密集程度越高，控制管理模塊的數(shù)量就會(huì)越多，反之，則一個(gè)節(jié)點(diǎn)簇包含的控制管理模塊的數(shù)量會(huì)越少。

步驟2：云中心利用碎片化空閑的時(shí)間向控制管理模塊推送定制的廣告資源，其中，廣告資源主要是指商家定制的網(wǎng)頁(yè)及視頻，其用來(lái)向接入終端用戶進(jìn)行推送，以達(dá)到廣告宣傳的作用。

3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源下載方法

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)及云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)單一或者特定存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)處理中實(shí)際的需求，在這種背景之下，分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)得到更加廣泛應(yīng)用。為了更有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與資源下載的方法，本文結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中廣告資源的特性，提出了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源下載方法，其具體實(shí)現(xiàn)如圖2所示，為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分布式與下載流程圖。其中，資源下載方法包括廣告資源的推送及推送過(guò)程中各設(shè)備之間的信息交互過(guò)程，其包括如下1、2、3三個(gè)步驟。

1） 當(dāng)終端用戶搜索到無(wú)線WIFI信號(hào)時(shí)，終端用戶會(huì)通過(guò)控制管理模塊向云中心發(fā)送認(rèn)證信息。

2） 云中心對(duì)終端用戶信息進(jìn)行認(rèn)證，判斷其是否為合法用戶。

3） 如果該終端用戶是合法用戶，當(dāng)用戶終端第一次打開瀏覽器進(jìn)行上網(wǎng)動(dòng)作時(shí)，如果該動(dòng)作是查看視頻資源，控制管理模塊則推送商家定制的視頻廣告資源;否則推送商家定制的頁(yè)面廣告的資源。如果是非法用戶，云中心向用戶終端推送WEB認(rèn)證網(wǎng)頁(yè)，當(dāng)用戶認(rèn)證成功后，可以重復(fù)上述操作。

4 結(jié)論

隨著云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，而將這些技術(shù)有效融入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理中，有利于統(tǒng)籌多應(yīng)用之間及應(yīng)用內(nèi)部的無(wú)線資源的實(shí)際需求，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理變得更加靈活、高效、便捷。本文面對(duì)未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)和重要需求，采用云平臺(tái)的架構(gòu)，結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中廣告資源的特性，可以極大提升系統(tǒng)的擴(kuò)展能力及靈活性。文章通過(guò)采用基于云服務(wù)的分層管理技術(shù)，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIFI為無(wú)線接入技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為載體，結(jié)合云計(jì)算相關(guān)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法;利用這種分布式的三層云結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)終端使用者即插即用，在為使用者提供免費(fèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更好的廣告宣傳作用。

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