李科

摘要：有效的數(shù)據(jù)管理要求低成本存儲(chǔ)和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，因此提出了數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格應(yīng)用到導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格訪問(wèn)模型做了改進(jìn)，從而減少車(chē)輛節(jié)點(diǎn)查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間，保障了大量分散來(lái)源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)男阅?，該方法具有重要的理論和?shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：超級(jí)結(jié)點(diǎn)；車(chē)聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)格

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）09-0054-02

Abstract： Effective data management requires low-cost storage and high-speed data transfer， data-intensive grid is proposed in the navigation system. Traditional data grid access model is made improvements. Thereby the response time of the vehicle node query is reduced. The performance of data storage and transmission of large number dispersed sources is guaranteed. It has important theoretical and practical significance.

Key words： super node ； vehicle network； grid

1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)先進(jìn)的電子標(biāo)識(shí)、傳感器、無(wú)限移動(dòng)通信、衛(wèi)星定位、海量數(shù)據(jù)處理、智能控制等現(xiàn)代信息通信與處理技術(shù)，對(duì)人、車(chē)輛和道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的屬性、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行有效識(shí)別和智能化管理并提供服務(wù)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1-2]。同時(shí)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)可以理解為車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)（vehicular ad-hoc network ，VANET），是一種快速移動(dòng)的寬帶多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)過(guò)程車(chē)輛之間（vehicle to vehicle，V2V）通信，車(chē)輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間（vehicle to infrastructure ，V2I）通信，同時(shí)為車(chē)輛提供多種安全應(yīng)用和非安全應(yīng)用。

2 基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格的應(yīng)用

使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中閑置資源創(chuàng)建一個(gè)“網(wǎng)格”的概念稱(chēng)為CPU抽取。實(shí)際上，蓄念網(wǎng)格建立在大量臺(tái)式計(jì)算機(jī)上，使用了他們空閑周期或不活躍時(shí)期，這些客戶(hù)端主機(jī)除了提供CPU周期，還提供了一些磁盤(pán)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬[3，4]。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中主要應(yīng)用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)提供的高效存儲(chǔ)和高帶寬。

傳統(tǒng)的網(wǎng)格和云資源聚集的過(guò)程中，計(jì)算節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格的其他必要資源并不隨意加入或離開(kāi)這個(gè)系統(tǒng)，除非網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了一些嚴(yán)重錯(cuò)誤；云資源主要由遍布全國(guó)各地的固定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)提供，構(gòu)成虛擬的超級(jí)數(shù)據(jù)中心。但P2P系統(tǒng)中的資源分配時(shí)隨意的，我們可以構(gòu)建P2P網(wǎng)格，用于分布式文件共享、內(nèi)容傳遞，為流動(dòng)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)提供高效的信息查詢(xún)支持，高響應(yīng)速度和百萬(wàn)數(shù)據(jù)高速同步傳輸技術(shù)可以極大降低響應(yīng)時(shí)間。而車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的加入或離開(kāi)P2P網(wǎng)格系統(tǒng)功能沒(méi)用太大影響。

網(wǎng)格的應(yīng)用通常分為兩大類(lèi)：計(jì)算密集型和數(shù)據(jù)密集型。由于車(chē)聯(lián)網(wǎng)體系中每個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)的向網(wǎng)格虛擬中心系統(tǒng)發(fā)送大量信息，包括GPS位置和速度信息以及胎壓、碰撞檢測(cè)等車(chē)況信息，這些信息需要網(wǎng)格實(shí)時(shí)處理并提供無(wú)延時(shí)查詢(xún)服務(wù)。因此，數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更適合車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用中，我們可能需要處理大量的數(shù)據(jù)。網(wǎng)格系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)，才能傳輸和操作如此龐大的數(shù)據(jù)集。大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸是個(gè)耗時(shí)的工作，而車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中如果響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在實(shí)時(shí)導(dǎo)航或自動(dòng)駕駛應(yīng)用中就失去了意義。有效的數(shù)據(jù)管理要求低成本存儲(chǔ)與高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和訪問(wèn)。常用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和訪問(wèn)的方法有：

（1）數(shù)據(jù)復(fù)制和統(tǒng)一命名空間

這種數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法也被稱(chēng)為緩存，常用于提高網(wǎng)格環(huán)境中數(shù)據(jù)效率。通過(guò)復(fù)制相同的數(shù)據(jù)塊和發(fā)布他們至網(wǎng)格的多個(gè)區(qū)域，用戶(hù)可以根據(jù)引用的局部性訪問(wèn)相同的數(shù)據(jù)。此外，相同數(shù)據(jù)集的副本可以相互作為備份。一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)不會(huì)在失效時(shí)丟失[5]。然而，數(shù)據(jù)副本需要定期檢查一致性，存儲(chǔ)需求和網(wǎng)絡(luò)帶寬產(chǎn)生額外的開(kāi)銷(xiāo)。

（2）網(wǎng)格數(shù)據(jù)訪問(wèn)模型

多位參與者可能想要共享相同的數(shù)據(jù)集合。為了獲得任意數(shù)據(jù)塊，我們需要網(wǎng)格具有單一的全局命名空間。同樣，我們需要擁有唯一文件名。為了實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，必須解決具有相同命名的多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象之間的不一致性問(wèn)題。由此可以引入訪問(wèn)限制，以避免混亂。同時(shí)，數(shù)據(jù)需要采取保護(hù)措施，以避免泄露與損壞。試圖訪問(wèn)數(shù)據(jù)的用戶(hù)必須先經(jīng)過(guò)認(rèn)證，然后被授權(quán)訪問(wèn)。下面列出了組成數(shù)據(jù)網(wǎng)格的4種訪問(wèn)模型。

1）單元模型

這是一個(gè)集中式數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型，如圖1所示。所有數(shù)據(jù)保存在一個(gè)虛擬的中心數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。當(dāng)用戶(hù)想訪問(wèn)一些數(shù)據(jù)時(shí)，他們必須向中心倉(cāng)庫(kù)提交請(qǐng)求。沒(méi)有用于保護(hù)數(shù)據(jù)局部性的數(shù)據(jù)副本。該模型實(shí)現(xiàn)小型數(shù)據(jù)網(wǎng)格式最簡(jiǎn)單的。對(duì)于一個(gè)大型網(wǎng)格，在性能與可靠性方面，該模型是沒(méi)有效率的。在該模型中，只在容錯(cuò)式才需要數(shù)據(jù)副本。

2）層次模型

層次模型如圖2所示，適用于構(gòu)建只有一個(gè)數(shù)據(jù)訪問(wèn)目錄的大型數(shù)據(jù)網(wǎng)格。數(shù)據(jù)可以從來(lái)源被轉(zhuǎn)移到二級(jí)區(qū)域中心。然后區(qū)域中心的一些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到三級(jí)中心。經(jīng)過(guò)幾次轉(zhuǎn)發(fā)，特定數(shù)據(jù)對(duì)象可被用戶(hù)直接訪問(wèn)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心級(jí)別越高，其覆蓋越廣。它比低級(jí)數(shù)據(jù)中心具有更高的訪問(wèn)帶寬。在層次數(shù)據(jù)訪問(wèn)模型中，PKI安全服務(wù)更容易實(shí)現(xiàn)。歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)格（EDG）采用了這種數(shù)據(jù)訪問(wèn)模型。

3）聯(lián)合模型

如圖3所示，聯(lián)合模型的數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式較適用于設(shè)計(jì)有多個(gè)數(shù)據(jù)提供來(lái)源的數(shù)據(jù)網(wǎng)格。這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格有時(shí)也被稱(chēng)為網(wǎng)狀模型。數(shù)據(jù)來(lái)源分布在多個(gè)不同的地點(diǎn)。盡管數(shù)據(jù)是共享的，其數(shù)據(jù)項(xiàng)仍有原來(lái)的主人擁有和控制。根據(jù)預(yù)定義訪問(wèn)策略，只有被授權(quán)的用戶(hù)可以向任意數(shù)據(jù)來(lái)源請(qǐng)求數(shù)據(jù)。然而在網(wǎng)格機(jī)構(gòu)的數(shù)量變得很多時(shí)，網(wǎng)狀模型的花費(fèi)可能是最多的。

4）混合模型

該數(shù)據(jù)模型如圖4所示。混合模型結(jié)合了層次模型與網(wǎng)狀模型的最優(yōu)特征。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，如FTP，為網(wǎng)絡(luò)提供較低的帶寬。數(shù)據(jù)網(wǎng)格中的網(wǎng)絡(luò)連接通常具有相當(dāng)高的帶寬，并且其他數(shù)據(jù)傳輸模型是利用高速數(shù)據(jù)傳輸工具（如使用Globus庫(kù)開(kāi)發(fā)的（GridFTP）開(kāi)發(fā)的?；旌夏Ｐ偷某杀窘橛趯哟魏途W(wǎng)狀這兩種極端模型之間。

綜上所述，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)來(lái)源是分散的，并且每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求也具有很強(qiáng)的區(qū)域型。因此，綜合考慮性能和成本因素，混合模型的數(shù)據(jù)處理和傳輸模式優(yōu)勢(shì)非常明顯。針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的混合模型做了一些改進(jìn)。

第一，網(wǎng)格中部分節(jié)點(diǎn)建立在路燈、高速監(jiān)控等相對(duì)固定的設(shè)施上，可以提供可靠的服務(wù)，能源也可以得到可靠的供給。這些節(jié)點(diǎn)可設(shè)計(jì)為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。提供較為強(qiáng)大的CPU、磁盤(pán)和互聯(lián)網(wǎng)的高帶寬接入。超級(jí)節(jié)點(diǎn)相互之間采用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，以保障對(duì)大量分散來(lái)源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸性能，減少車(chē)輛節(jié)點(diǎn)查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間。

第二，車(chē)輛節(jié)點(diǎn)向鄰近的超級(jí)節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)送GPS位置、行駛速度等車(chē)輛信息，并提供空閑的CPU時(shí)間，與超級(jí)節(jié)點(diǎn)形成層次結(jié)構(gòu)。遍布各地點(diǎn)的超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)是可以高度共享的，當(dāng)有車(chē)輛請(qǐng)求某區(qū)域或線路上路況實(shí)時(shí)信息的時(shí)候，可以很快速的得到響應(yīng)。而路線的規(guī)劃則有車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)完成，在原有GPS導(dǎo)航地圖軟件中加入實(shí)時(shí)路況處理模塊，數(shù)據(jù)網(wǎng)格只需提供路況信息的原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸和處理模式如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)中有效的數(shù)據(jù)管理要求低成本存儲(chǔ)和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，因此提出了數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格應(yīng)用到導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格訪問(wèn)模型做了改進(jìn)，從而減少車(chē)輛節(jié)點(diǎn)查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間，保障了大量分散來(lái)源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)男阅?，該方法具有重要的理論和?shí)踐意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，車(chē)輛網(wǎng)的發(fā)展將給人們的生活帶來(lái)巨大的變化。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中許多通信技術(shù)和資源調(diào)度等很多問(wèn)題，還需要更近一步的研究。

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