对等计算环境中矢量空间数据索引模型与查询算法的研究

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1、华中科技大学博士学位论文摘要空间数据的管理是软件应用中非常重要的一个方向，在诸多领域中有着重要的作用。对等计算环境能够充分发挥计算机网络中各参与结点的能力，有效利用网络带宽，为空间数据共享与管理提供了一种新的可选架构。在对等计算环境中管理复杂的空间数据，关键在于建立高效的分布式空间数据索引。上层应用利用该索引能够确定空间数据如何存放在对等环境中，能够寻找到所需的空间数据，能够使用空间数据提供相关服务。索引设计的目标是要支持海量用户访问海量矢量空间数据，消除客户机/服务器架构中存在的性能瓶颈。索引要支持对等计算环境中各机器频繁地进出系统的情况，能够很好

2、地进行自适应调整。索引要支持空间数据的关联属性管理，对属性信息能够进行复杂查询。针对设计目标，采用重用技术，利用分层分区的架构，设计出了P2PQR-tree模型。P2PQR-tree模型采用结构化覆盖网作为网络路由与定位层，既简化了分布式空间数据索引的设计，又能够利用结构化覆盖网的成熟理论与技术。P2PQR-tree把四叉树索引扩展到了对等计算环境下，把空间数据与索引信息分布到了组成系统的各个结点上，并使用了复制策略达到了负载均衡的效果。P2PQR-tree使用空间数据集合作为发布的基本单位，在发布结点上对该数据集合建立本地索引，形成了本地与分布两层

3、空间索引体系。P2PQR-tree模型需要通过相关算法来验证其达到了设计目标。索引生成与维护算法建立了本地以及对等环境中的空间索引，并针对对等计算环境中结点频繁出入系统的情况设计了维护算法。空间范围查询是常用的空间算法，基于P2PQR-tree进行了设计，能够使用分布在各个结点上索引信息。最邻近查询算法也在P2PQR-tree的基础上设计开发出来。属性查询算法在P2PQR-tree模型上实现了对空间对象属性的复杂查询。地图库是组织海量空间数据的一种重要手段。P2P地图库模型在P2PQR-tree的I华中科技大学博士学位论文基础上，针对地图库分层分幅的

4、结构，根据图幅位置构造关键字，利用图库元数据信息，取消了分布在对等环境中的四叉树索引，直接在本地计算出需要查询的图幅，然后利用结构化覆盖网路由到图幅数据的提供者进行查询。在地图库管理这个专门领域，P2P地图库比P2PQR-tree产生更少的路由消息。P2P地图库索引的建立与维护算法、空间范围查询算法、属性查询算法被设计出来验证P2P地图库模型的性能。经过理论分析和原型试验分析，P2PQR-tree模型、P2P地图库模型、相关算法缓解了客户机/服务器架构中的服务器性能瓶颈，利用系统中各结点的能力，有利于负载均衡，达到了设计目标的要求。相比已有的分布式四

5、叉树模型，P2PQR-tree进行多方面的改进。P2PQR-tree使用空间实体集合组织数据。使数据的组织更加有条理，可以从专业的角度对数据进行分类、权限控制、属性结构管理，元数据描述等。P2PQR-tree建立了本地索引，实体的添加、删除、更改等只需要更新本地索引，对分布式空间索引没有影响，这种本地修改实现了数据的分散维护。在对等计算环境中，peer频繁地进出网络，P2PQR-tree只需要同步空间数据集合的索引项数据，空间数据本身不需要迁移，从而减轻了网络负载。P2PQR-tree采用了复制策略，从而使分布式四叉树既保持了四叉树的特点，又做到了负

6、载均衡，减轻了分布式四叉树上面几层所在结点的负载。P2P地图库模型在P2PQR-tree的基础上设计，针对地图库的管理进行了优化，其空间范围查询以及属性查询算法可以减少结点间的消息数目，降低网络负载。关键词：对等计算空间数据索引地图库结构化覆盖网分布式哈希表分布式四叉树II华中科技大学博士学位论文AbstractSpatialdatamanagementsoftwareapplicationshaveimportantrolesinsoftwaredevelopment.Peer-to-peercomputingenvironmentcangivef

7、ullplaytoparticipatingnodesofthecomputernetworkanditcaneffectivelyusethecapacityofnetworkbandwidth.Itprovidesanewoptionalarchitectureforspatialdatasharingandmanagement.Itisnecessarytoestablishahighlyefficientdistributedspatialdataindexingforthemanagementofcomplexspatialdatainth

8、epeer-to-peerenvironment.Higherapplicationscanusethein