胡 诚，边馥苓

（武汉大学空间信息与数字工程研究中心，湖北武汉430079）

基于P2P和KML的地理空间信息服务

胡 诚，边馥苓

（武汉大学空间信息与数字工程研究中心，湖北武汉430079）

针对传统C/S架构下服务器性能和网络传输限制等问题，分析了基于P2P技术和KML地理空间信息服务的特点及其协作方式，设计了两者相结合的地理空间信息服务架构，结合数字城市项目应用对模型加速数据传输的有效性进行了验证。

P2P；KML；混合P2P网络；地理空间信息服务

随着“数字地球”建设逐步深入，当前社会对于空间数据质量需求越来越苛刻。随着用户群体逐渐增多，即使在分布式环境下，传统的基于 C/S的架构也使得大数据量的地理空间信息服务面临服务节点不稳定、数据传输单点瓶颈、服务请求缓慢等问题。对等计算（P2P）技术区别于传统的C/S模式，能使网络环境中的节点之间相互通信从而实现资源共享，有利于降低对中央服务器资源的消耗需求[1]。KML格式是OGC宣布的开放地理资讯编码标准，是基于XML标准使用含有嵌套元素和属性的标记结构，它描述和保存了地理信息数据（如点、线、图像、多边形和模型等）。KML Service是一种将地理空间数据动态转换为KML数据的地理信息网络服务方式，类似于WFS[2]。目前，国内外关于P2P技术和地理空间信息服务相结合的研究才刚刚开始[3]，应用于工程项目，尤其是结合KML服务方面的研究还较少。本文在借鉴前人经验的基础上，提出基于P2P和KML技术相结合的架构，解决传统地理空间信息服务中数据传输的弱点。

1 比较分析

P2P网络服务和Web服务都是网络共享服务。KML地理空间信息服务是Web服务的一种，它与P2P服务有着相同的特点，但是也存在很大差异。

1.1 P2P技术

P2P网络执行P2P协议，通过P2P文件共享资源，提供基于内容的服务，部署灵活，节点组织松散，扩展性好，最大限度地利用网络资源和负载均衡，可满足“数字地球”和“数字城市”建设性的要求[3]。P2P采用多种传输协议解决不同的问题，但异构性、传输协议多样性会导致通信难度增加，可以利用基于开放交互协议XML完善P2P服务。

1.2 KML地理空间信息服务

KML地理空间信息服务执行Web服务规范、OGC、KML标准协议等，通过KML文件发布服务；计算模式相对集中，容易控制；支持跨平台兼容，异构系统之间可以互操作。KML文件加载速度快，但大范围、大比例尺的地形、影像栅格、精细三维模型和图形图像等大数据加载较慢，集中式环境易发生单点故障导致整体故障。

1.3 协作方式

通过比较分析发现可以采用二者相结合的数据共享模式来实现功能互补。基于KML地理空间信息服务可以通过发布数据量小、结构简单的KML文件方法解决数据互操作难题。利用P2P技术构建非集中式的对等网络环境，对等节点之间相互提供服务也接收服务，共享资源，实现服务发布的离散化和网络可扩展化，提高大数据量传输效率；同时，P2P网络中节点采用XML定义来提高服务发现与数据交互，提升P2P节点之间查找效率与耦合度。

2 地理空间信息服务模型

根据上述分析，结合实际应用项目建设需要，为了尽量减少对传统KML地理空间信息服务结构影响，降低架构更新难度，本文提出了KML文件与P2P文件发布相结合的服务端架构，同时在客户端采用P2P插件的方式实现与传统KML地理空间信息服务之间的耦合。

2.1 网络架构

本文采用混合P2P式网络模型，主要优点是易于发现和管理节点，消除泛洪算法带来的网络阻塞和搜索延时[4]，减少对地理空间信息服务质量影响，网络架构图如图1所示。节点通过邻近超级节点提供的索引目录与其他节点连接，而不再仅仅依靠KML服务器接收大数据。超级节点具有普通节点所有特性，通过评估物理位置[5]、物理网络带宽、接入稳定程度、邻近节点数量等综合因素选取普通节点作为超级节点。超级节点类似于DNS服务器，存储邻近节点能够提供的资源索引目录，使P2P网络具有自我管理功能，控制节点升降级。KML地理空间信息服务器作为最高级超级节点，生产、存储并共享全部数据资源。

2.2 服务发布模式

在KML地理空间信息服务器端通过Web Service发布服务，节点客户端请求经过动态处理后返回轻量的KMZ文件，该文件为KML和P2P文件的打包压缩文件。KML通过标记语言描述矢量数据，通过、等标记地址加载大数据量的本地资源文件（见图2），包括栅格、多媒体数据、文档文件，也包含其他KMZ文件等，P2P文件采用XML语言规范描述该资源文件目录、文件类型、文件属性和校验等信息[6]（见图3）。

图2 KML文件结构实例示范

2.3 获取服务流程

节点客户端连接P2P网络后先读取本地资源目录并更新资源索引目录，读取P2P文件后获取邻近超级节点资源索引目录，同时也向上级节点和其他超级节点转发请求，收到资源地址后与连接效率较好的节点连接接收数据，而不需完全依靠中心服务器连接。当该资源文件全部下载完毕后通知客户端异步加载，更新资源索引目录，提供资源共享（见图4）。

图3 P2P文件结构实例示范

图4 客户端获取服务流程图

3 实例分析

在江西省“数字宜春”地理空间框架与应用项目建设中，公共服务平台[7,8]的三维数据服务对数据质量要求较高，需要发布海量大范围、高分辨率影像图和精细三维模型等。当并发用户数较大时，传统分布式C/S架构采用HTTP方式经常导致中心服务器瘫痪。“数字宜春”三维可视化规划系统（见图5），采用基于P2P和 KML的地理空间信息服务架构后，服务器响应时间、IO负载和客户端三维场景文件传输速度等得到了很大改善。图6以测试环境下三维场景加载速度为例对2种传输方式效率进行了对比。

图5 “数字宜春”三维可视化规划系统运行图

图6 基于P2P和HTTP方式连接的三维场景加载速度对比

4 结 语

本文采用P2P与KML相结合的技术有效扩展了地理空间信息服务网络连通途径，丰富了 KML技术与P2P环境下地理空间信息服务应用的技术体系。随着研究深入，后期方向为优化P2P环境下KML数据分割与重建算法，优化节点查找与资源共享策略，扩大P2P应用范围和加大应用深度等。

[1] 周文莉，吴晓非.P2P技术综述[J].计算机工程与设计，2006，27(1):76-79

[2] 孙伟，马照亭，张成成，等.一种基于MapServer的KML地理信息网络服务实现方法[J].测绘通报，2009(12):53-56

[3] 李春华，张玮.一种基于P2P网络的WebGIS体系结构[J].地理空间信息,2007(02):21-24

[4] 杨宗亮.基于P2P的地理空间信息服务架构及相关算法[D].武汉：武汉大学，2010

[5] 郭良敏，杨寿保，郭磊涛，等.P2P网络中基于区域划分的超级节点选取机制[J].小型微型计算机系统，2008，29(2):208-212

[6] 谢富平.基于XML/Web Services的P2P文件共享系统的实现[J].电子科技，2005(06)：43-46

[7] CH/T 9003-2009.地理空间框架基本规定[S].

[8] CH/T 9004-2009.地理信息公共平台基本规定[S].

Research on P2P and KML Based on Geospatial Information Services

by HU Cheng

This paper aimed the problems of limited performance of servers and network in traditional C/S mode,analyzed the characteristic and combination between P2P and KML geospatial information services,and designed new cooperated architecture.The test from practical application in digital city project approved the model can improve date transmission.

P2P，KML，hybrid P2P，Geospatial Information Service

2011-09-23

项目来源：地理空间信息工程国家测绘局重点实验室经费资助项目（200905）。

P208

B

1672-4623(2012)02-0001-03

胡诚，博士，研究方向为数字城市、三维可视化。