基于节点策略博弈的P2P网络关键技术研究

摘要

与传统的客户/服务器模式不同，P2P网络的核心思想是网络中各个节点都处于平等的地位，每个节点在获取服务的同时也提供服务。P2P网络技术充分利用了互联网中所蕴含的潜在资源，为服务共享、分布式计算和信息交流提供了更灵活高效的模式，也为信息技术的发展带来了新的挑战。其中，拓扑构造、可信路由和应用层组播技术的研究推进了P2P网络各层面服务质量的提高，是P2P网络技术研究的关键课题。由于P2P节点的自主性导致了其行为具有多样性和复杂性的特征，P2P网络存在大量的自私行为和恶意行为，对P2P网络的性能造成了极大的影响。本论文以针对P2P节点行为设计相应的激励机制为研究核心，展开了对基于节点策略博弈的P2P网络关键技术的深入研究，在鼓励节点合作和遏制其恶意行为的同时，保证了P2P网络的有效性和可靠性。本论文的研究内容和创新点概括如下：
　　 1)提出了基于节点类型识别机制的P2P网络拓扑构造协议
　　 首先对节点进行了分类，将节点的行为策略同节点的类型相映射，提出不同类型的节点各自的策略集合，形成了P2P网络节点的行为策略博弈模型，并利用不完全信息博弈理论分析了不同类型节点转换行为策略以及节点类型转变的条件。在此基础上，提出了基于节点类型识别机制的拓扑构造协议。该协议能够让善意节点根据相邻节点行为策略和自身收益的变化，计算节点的类型信任值，实时跟踪识别恶意节点，并利用针锋相对策略更新邻居节点集合；同时调整其对邻居节点的行为策略，最大化自身收益。当恶意节点逐渐被识别出来，P2P网络中善意节点开始聚集，恶意节点被排斥到网络边缘。
　　 2)提出了基于节点安全度的P2P网络分布式多路径路由协议
　　 首先对不同类型节点在路由各个阶段的行为策略进行了分类，将路由节点的行为策略与节点的类型以及其在路由过程中的位置相映射，形成了P2P路由节点策略博弈模型，并分析了在不对称信息博弈局面下不同类型的路由节点转换行为策略以及节点类型转变的条件。在此基础上，提出了节点安全度的概念，将原有节点的信任值与其潜在行为策略相关联，对路由节点的多种恶意行为进行度量，并以此为依据，对预流推送算法进一步拓展，提出了一种新型的基于节点安全度的P2P网络分布式多路径路由协议。该协议能够在将恶意路由节点对数据传输的危害降低到最低程度的同时，最大化目的端节点所能接收到的正常数据。同以往的研究相比，该协议在面对路由节点多种潜在恶意行为的威胁时，更能够保障数据传输的有效性和安全性。
　　 3)提出了基于多竞价拍卖机制的P2P网络分布式组播协议
　　 首先利用市场模型对P2P网络组播进行建模，同时对其中组播节点的类型以及各类组播节点在组播服务中所能采取的行为策略进行分析。在此基础上，引入多竞价拍卖机制以设计P2P网络组播算法。该算法不仅能遏制组播节点的自私行为，还针对节点的其它恶意行为提出相应的对策，从而能更好地鼓励善意组播节点的合作行为，提升组播算法的有效性。最后，针对基于多竞价拍卖机制的组播算法提出了相应的协议，以解决P2P网络的动态性影响组播算法执行一致性的问题。