P2P网络可用性增强技术研究

摘要

P2P(Peer-to-Peer)网络已经成为Internet上最流行的应用，但是节点的自私行为和物理网络因素制约了P2P网络的进一步发展。本文以提高P2P网络可用性为目标，在应用模式方面应用机制设计理论设计激励机制促进节点合作，在P2P网络基础架构方面设计容错、非对称的DHT方法提高结构化P2P网络对动态、异构网络环境的适应性，具体如下： ①针对P2P网络用户的自私行为导致P2P流媒体网络可用性下降的问题，提出一种成本共享流模型CSII(Cost-Sharing-Streaming)。CSII使用一种分簇的拓扑结构：在簇内，簇首节点使用资源定价机制激励节点贡献带宽资源，在簇间，执行拓扑优化的分簇算法。资源定价机制具有激励相容性，可以激励节点披露真实的链路成本信息，这保证了拓扑优化算法的有效性。仿真实验结果表明：CSII可以补偿节点的流量成本、激励节点贡献带宽资源、增加节点之间的合作、优化网络拓扑结构、降低网络整体成本和每个节点的分摊成本。 ②针对客户节点的动态性和自私性导致混合结构流媒体网络的资源稳定性下降的问题，提出一种激励机制。Internet内容提供商(ICP)作为这种激励机制的组织者承担组织成本，但是能够通过客户节点提供的上传带宽资源扩大服务规模并获得更高的净收益。针对带宽资源紧张的情况下激励机制产生的组织成本增加、客户节点成本增加的问题，分析混合结构网络容量增长模式和激励机制之间的相互关系，得到影响激励相容性的临界容量和临界服务强度等参数的计算方法。理论分析和实验结果表明，客户节点通过贡献资源、降低动态性可以获得更高的净收益，而ICP也可以少量的机制组织成本获得更好的“成本-收益”关系。 ③针对已有DHT(DistributedHashTable)方法在实际Internet环境中面临的可用性问题，提出一种能够更好地适应动态、异构的网络环境的A-DHT方法。A-DHT方法基于非对称的Hyper-deBruijn图构建，它在图结构上的非对称性和Internet节点的异构性相适应：A-DHT根据带宽和计算能力等可用资源差异把所有节点分成胖节点和瘦节点两类；胖节点具有更高的带宽和出/入度，形成快速转发网络并承担更多的消息转发任务；瘦节点以较少的出/入度维护和胖节点之间的链路以及瘦节点之间的冗余链路。相对于已有的基于规则图的DHT方法，A-DHT利用胖节点之间的快速网络能在轻载荷的网络条件下实现更优的“节点度数-网络直径”折衷关系。相对于基于字母表的常数度DHT方法，A-DHT中瘦节点的冗余链路提供了更多的容错路由，提高了容错性。论文还设计了在实际Internet上基于A-DHT方法搭建结构化P2P网络所需的节点加入、退出、失效恢复、拥塞控制等算法。实验结果表明：A-DHT方法具有较好的搜索性能、容错性能和负载均衡性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1 P2P网络的概念与发展

1.1.2 P2P网络的应用与流行

1.1.3 P2P网络的特征总结

1.1.4 P2P网络技术的发展面临新的挑战

1.2论文研究目标和研究内容

1.2.1论文研究目标

1.2.2论文研究内容

1.3论文主要贡献

1.4论文结构安排

参考文献

第二章 P2P网络可用性技术研究进展

2.1 P2P网络可用性研究模型

2.2基于P2P的内容分发网络可用性相关研究

2.2.1基于P2P的内容分发技术

2.2.2应用环境对内容分发网络的影响

2.2.3基于P2P的内容分发网络的激励机制相关研究

2.2.4基于P2P的内容分发网络的拓扑优化相关研究

2.3结构化P2P网络可用性相关研究

2.3.1结构化P2P网络的拓扑参数优化研究

2.3.2结构化P2P网络的路由容错相关研究

2.3.3结构化P2P网络抗波动(Churn)性能研究

2.3.4结构化P2P网络适应异构环境的研究

2.4本章小结

参考文献

第三章 适应自组织管理模式的成本共享流模型

3.1 CSII概览

3.1.1 CSII的网络结构和工作过程

3.1.2 CSII的关键问题和解决思路

3.2 CSII的网络博弈模型和资源定价机制

3.2.1符号和标识

3.2.2基本网络模型和博弈模型

3.2.3基于机制设计方法的CSII资源定价机制

3.2.4收支平衡的CSII资源定价机制

3.3 CSII的簇管理算法

3.3.1新节点映射、簇重构和簇首节点更新算法

3.3.2簇分裂与合并

3.3.3相关问题讨论

3.4仿真和评价

3.4.1 Internet拓扑模型

3.4.2簇内最优多播网络结构的产生方法

3.4.3 CSII模型的有效性检验

3.4.4拓扑匹配性能

3.4.5簇内的机制组织和节点的成本收益分析

3.4.6链路成本信息交互行为对机制组织的影响

3.4.7根节点的选择策略分析

3.4.8节点操纵性对机制的影响

3.5相关工作对比

3.6本章小结

参考文献

附录3.A 簇内拓扑优化所用的启发式算法

第四章 混合结构网络的资源稳定性增强技术

4.1基本模型和问题定义

4.1.1混合结构流媒体网络博弈模型

4.1.2问题定义

4.2直播模型

4.2.1直播网络

4.2.2直播系统容量Cap和需求n的关系

4.2.3转移支付计算函数及激励相容性分析

4.3点播模型

4.3.1点播网络

4.3.2点播服务容量增长模式

4.3.3转移支付计算方法和服务强度增长模式分析

4.4模拟评价

4.4.1“成本—收益”关系的优化效果

4.4.2客户节点的成本、收益变化规律

4.4.3相关问题分析

4.5本章小结

参考文献

第五章 适应动态、异构网络环境的容错、非对称DHT方法

5.1 DHT方法研究与发展

5.2拥塞约束条件下的节点度-网络直径优化问题

5.3 A-DHT的拓扑结构和路由算法

5.3.1 定义

5.3.2基于Hyper-deBruijn图的非对称DHT拓扑结构

5.3.3 A-DHT的路由算法

5.4基于A-DHT的P2P网络算法

5.4.1节点标识符

5.4.2节点加入、退出和失效恢复

5.4.3拥塞控制机制

5.5仿真实验结果

5.6节点的异构性分析

5.7相关研究

5.8本章小结

参考文献

附录5.A Hypercube图和de-Bruijn图的拓扑和路由算法示例

第六章 结束语

6.1论文总结

6.2下一步工作

致谢

作者攻读博士学位期间发表或录用的学术论文