无线网络中资源分布式存储与下载机制研究

黄盖 谭凌岚

摘要：随着云计算的快速發展，无线WIFI迎来云网融合时代，文章采用云平台的架构，可以极大地提升系统的扩展能力极其灵活性，提出了针对无线网络中资源分布式存储与下载机制的研究。其包括云中心、节点簇及终端用户三层架构;节点簇分别与云中心及终端用户相连通。该文的方法包括资源下载及资源分布式存储两个部分。该文通过采用基于云服务的分层管理技术，利用无线网络WIFI为无线接入技术，以互联网平台为载体，同时结合云计算技术，实现了一种新的无线网络资源管理的方法;这种分布式的三层云结构，实现了无线网络应用的灵活及方便性，能实现终端用户即插即用，在为用户提供免费的无线WIFI网络的同时实现了较好的广告宣传效果。

关键词：无线网络;分布式储存;资源下载;云计算;分层管理

中图分类号：TP393.08      文献标识码：A      文章编号：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

无线WIFI在当前被认为是实现线上线下融合的最佳接入点，同时也是移动互联网，尤其是O2O（Online To Offline，线上到线下）业务的重要载体。

商用WIFI建设网络既要考虑到无线部署、优化、管理和维护等基础性架构层面的技术问题，同时还要具备先进的运营平台，承载身份识别、应用门户、移动增值和广告推送等功能，甚至还要与商家的CRM（Customer Relationship Management，客户关系管理）的营业系统实现高度的融合，从而促进改进客户业务的流程[1]。

随着云计算技术的迅猛发展，无线WIFI迎来了云网融合的时代，本文采用云平台技术架构，可极大提升系统的扩展能力及灵活性，由于虚拟共享控制器的存储，其作为最新一代无线组网技术的代表，可以支持更大规模的网络，尤其是在适用于总分连锁式机构及虚拟运营商方面，为移动互联网接入提供最可靠的技术保障。而在用户终端层面，提供了全速率、全制式、全规格的产品，以满足室内/室外、吸顶/放装、低速/高速、便携/入墙及民用/工规等全天候的场景[2]。

文章中通过采用了基于云服务模式的分层管理技术，以无线网络WIFI为无线接入技术，以互联网平台为载体，结合云计算技术，实现一种新的无线网络资源管理的方法;文章中资源分布式存储与下载方法，包括资源下载与资源分布存储两个步骤。

文章中采用的分布式三层云架构，其主要包括云中心、节点簇和终端用户;节点簇分别和云中心及终端用户相连通。其中，云中心是一种由服务器集群组成，具备大数据存储、海量数据管理、分布式海量数据存和分布式计算的特征。而节点簇是一种由多个控制管理模块组成的网络，包括第1、2…N，控制管理模块21、22…2M，其中M是自然数，1≤N≤50;节点簇主要负责数据的缓存、内容管理及对终端用户进行认证管理的同时提供网络服务;而终端用户是指传统意义上的移动电脑及手机。

本文章采用基于云服务技术的分层管理技术，不仅可实现了无线网络应用的灵活性，而且能够实现终端用户即插即用，同时能在为用户提供免费无线WIFI网络的，从而可以很好地实现广告宣传的作用。

1 相关知识介绍

1.1 云计算资源管理概述

在一般情况下，在计算机科学技术领域中的“资源”包含内存、各类接口控制器、硬盘存储器及网络连接等硬件设备的资源，同时也包括系统的组件、数据文件及程序等资源。由于通常情况下，如果在设备上部署好设计好软件，如果需要更改，其难度会比较大。因此我们一般把“资源管理”中的“资源”称作为系统的硬件资源。通过对这些资源在实际应用环境下所起到的作用，我们可以将其抽象为“存储资源”“计算资源”及“网络资源”[3]。

存储资源一般是指存储数据文件的能力。其决定“存储资源”的主要因素包括硬盘、内存及磁带等存储设备。

计算资源一般是指在特定计算模型之下，所解决特定的问题所需要消耗的资源。常见衡量的指标包含计算时间及内存空间，其中计算时间是指解决特定问题所需要花费的步骤数目，而内存空间是指解决该问题所需要的最小内存的空间。而一般情况下决定“计算资源”的主要因素是和运算能力的处理器有关联。

网络资源一般包括两种意义：一是指多个计算机系统通过软件及通信设备所形成的网络连接;二是保存于互联网或各种局域网中的数据资源[4]。决定“网络资源”大小的因素一般包含交换机、网络软件、光纤、路由器等等。其常见的技术指标包括误码率、带宽等。

云计算资源包含两大类：一类是指物理服务器、物理计算机以及前两者与必备的网络设备及存储设备所形成的物理集群。另一类是指在物理计算实体上通过单个虚拟机或者由多个虚拟机组合形成的虚拟机群。作为一种大规模分布式的环境，云计算所拥有的资源类型及数量都是巨大的，其为尽可能地在供需不平衡的市场中通过有限的资源来满足多用户的需求。[5]。

1.2 元数据管理技术

在大数据环境下，元数据的体量是非常巨大的，而元数据的存取性能是整个分布式文件系统性能的关键所在。常见的元数据管理分为集中式及分布式元数据管理架构。集中式元数据管理架构通常是采用单一的元数据服务器，在实现上会相对比较简单，但同时会存在单点故障等问题。分布式元数据管理架構则是将元数据分散在多个结点上进行存放[6]，进而解决元数据服务器性能的瓶颈等问题，并提高元数据管理架构可扩展的特性，但其实现上较为复杂，同时引入了元数据一致性的问题。另外，还有一种无元数据服务器的分布式架构，该架构是基于在线算法进行组织数据，所以不需要专用元数据服务器。但是其对数据一致性的保障方面却相对比较困难，在实现上比较复杂。文件目录遍历操作的效率比较低，并缺乏文件系统的全局监控管理的功能。

1.3 系统弹性扩展技术

在大数据环境下，数据规模及复杂度的增加通常是非常迅速的，其对系统自身的扩展性能的要求通常会较高。而实现存储系统的高可扩展性首先需要解决两个方面的问题：一是元数据的分配，二是数据的透明迁移。其中，前者主要通过静态子树划分的技术来实现，数据的透明迁移则是侧重数据迁移算法的优化。此外，大数据存储体系的规模巨大，但结点失效率比较高，因此还需要完成一定的自适应管理功能。系统必须能够根据数据量及计算工作量来估算其需要结点的个数，同时动态地将数据在结点之间进行迁移，从而实现系统的负载均衡;与此同时，当结点失效时，数据必须可以通过副本等机制进行恢复，以保证对上层应用不产生影响[7]。

1.4 存储层级内的优化技术

在构建存储系统时，通常需要根据成本及性能来考虑，因而存储系统在通常情况下会采用多层不同性价比的存储器件来组成存储层次的结构。大数据存在规模大的特性，因而构建高效合理的存储层次结构，可在保证系统性能的前提下，降低构建成本及系统能耗。利用数据访问局部性的原理，可以从两个方面对存储层次结构进行优化。一方面是基于提高性能的角度，可通过分析应用特征识别热点数据并对其进行预取或缓存，通过高效的缓存预取算法及合理的缓存容量配比[8]，从而提高访问系统的性能。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，将访问频率低的冷数据迁移到廉价低速存储设备上，可在小幅度范围内牺牲系统整体性能的基础上，大幅度降低系统的构建能耗及成本。

1.5 针对应用和负载的存储优化技术

在传统数据存储模型中需要尽可能支持多的应用，因而需要具备比较好的通用性。而大数据具有快速处理、大规模及高动态等特性，在一般情况下，通用的数据存储并非是最能提高应用性能的模型。而由于大数据存储系统对上层应用的性能关注超过对通用性能的追求。针对应用及负载来优化存储的特性，就是将数据存储及应用相结合。简化或者扩展分布式文件系统的功能，根据特定负载、特定应用、特定的计算模型对文件系统进行定制及深度优化，使应用可以达到最佳性能。类似这种的优化技术在Facebook、Google等互联网公司的内部存储系统上，其管理已经达到千万亿byte级别的大数据，能够达到相当高数据处理的性能[9]。

2 无线网络中资源分布式存储方法

资源分布式存储，是指在多台相对独立的设备上分布存储资源。传统的资源存储方式是将所有资源集中的存储在服务器上，而存储服务器成为系统性能的瓶颈，同时也是可靠性及安全性关注的焦点之所在[10]。资源分布存储和集中存储方式所不同在于，分布存储并不是将数据存储在单一或者多个特定的节点上，而是利用网络管理使用企业中的每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源结合在一起构成一个虚拟的存储设备，而将数据分散的存储在企业的各个角落中。结构化数据的存储和应用所需的结构化数据是用户自定义的一种数据的类型[11]，其包含了一系列的属性。其中，每一个属性都对应有一种数据类型，存储在关系数据库中，可以通过二维表数据结构来表达实现。资源分布存储是采用可扩展性的系统结构，其利用多台存储服务器的方式来分担存储的负荷压力，利用位置服务器来定位存储的信息，实现资源分布储存，它不但可以提高了系统的可靠性、可用性及存取效率，还便于扩展及资源的备份[12]。本文提出了基于无线网络中资源分布式存储的方法，如图1为无线网络中资源分布式与下载效果图，其具体资源分布式存储实现步骤包括如下两个步骤：

步骤1：云中心将覆盖区域内的控制管理模块分成若干部分，每个部分称为一个节点簇，其所包含的控制管理模块的数量大小与区域内用户密集的程度紧密相关，即用户密集程度越高，控制管理模块的数量就会越多，反之，则一个节点簇包含的控制管理模块的数量会越少。

步骤2：云中心利用碎片化空闲的时间向控制管理模块推送定制的广告资源，其中，广告资源主要是指商家定制的网页及视频，其用来向接入终端用户进行推送，以达到广告宣传的作用。

3 无线网络中资源下载方法

随着大数据技术及云计算技术的发展，传统单一或者特定存储介质的数据存储方式已经不能满足大数据处理中实际的需求，在这种背景之下，分布式数据存储技术得到更加广泛应用。为了更有效实现数据的分布式存储与资源下载的方法，本文结合无线网络中广告资源的特性，提出了基于无线网络的资源下载方法，其具体实现如图2所示，为无线网络中资源分布式与下载流程图。其中，资源下载方法包括广告资源的推送及推送过程中各设备之间的信息交互过程，其包括如下1、2、3三个步骤。

1） 当终端用户搜索到无线WIFI信号时，终端用户会通过控制管理模块向云中心发送认证信息。

2） 云中心对终端用户信息进行认证，判断其是否为合法用户。

3） 如果该终端用户是合法用户，当用户终端第一次打开浏览器进行上网动作时，如果该动作是查看视频资源，控制管理模块则推送商家定制的视频广告资源;否则推送商家定制的页面广告的资源。如果是非法用户，云中心向用户终端推送WEB认证网页，当用户认证成功后，可以重复上述操作。

4 结论

随着云计算及大数据等技术的快速发展，而将这些技术有效融入无线网络资源管理中，有利于统筹多应用之间及应用内部的无线资源的实际需求，使得无线网络资源管理变得更加灵活、高效、便捷。本文面对未来无线网络的发展趋势和重要需求，采用云平台的架构，结合无线网络中广告资源的特性，可以极大提升系统的扩展能力及灵活性。文章通过采用基于云服务的分层管理技术，以无线网络WIFI为无线接入技术，以互联网平台为载体，结合云计算相关的技术，实现一种新的无线网络资源管理方法;利用这种分布式的三层云结构，实现了无线网络应用的灵活性，能够实现终端使用者即插即用，在为使用者提供免费无线网络的同时实现了更好的广告宣传作用。

参考文献：

[1] Socially Optimal Pricing of Cloud Computing Resources.Ishai Menache，Asuman Ozdaglar，Nahum Shimkin.ValueTools.2011.

[2] Dynamic Auction Mechanism for Cloud Resource Allocation.Wei-Yu Lin，Guan-Yu Lin，Hung-Yu Wei.10th IEEE/ACM International Conference on Cluster， Cloud and Grid Computing （CCGrid）.2010.

[3] 王昊.云计算资源管理子系统的研究与实现[D].北京交通大学，2012

[4] 谭文贵，王琨，黄英港.一种基于云存储方式进行数据备份的研究及实现[J].电子技术与软件工程，2017（17）.

[5] 周佳昕.云计算资源管理平台的设计与实现[D].吉林大学，2016.

[6] 廉价，高效，稳定 微软新一代分布式存储系统[J].新电脑，2006（6）.

[7] 龔利，史杨.浅析分布式存储系统的研究及应用[J].网络安全技术与应用，2014（9）.

[8]刘正伟，文中领，张海涛.计算和云数据管理技术[J].云计算机研究与发展，2012（S1）.

[9] Resource and Revenue Sharing with Coalition Formation of Cloud Providers：Game Theoretic Approach. Niyato D，Vasilakos A V. CCGrid，2011.

[10] Autonomic Virtual Machine Placement in the DataCenter.Chris Hyser，Bret McKee，Rob Gardner，et al. HPL-2007 -189.2008

[11] Revenue Management for Cloud Providers-A Policy-Based Approach under Stochastic Demand.Tim Pueschel，Fabian Putzke，Dirk Neumann.45th Hawaii International Conference on System Science（HICSS），2012.

[12] 王兵，沈建军，罗萍.集约化移动无线网络网管系统建设探讨[J].移动通信，2017（2）.