P2P网络中基于网络演化博弈论的节点合作激励机制及其有效性研究

摘要

近年来，P2P网络在文件和流媒体共享服务等方面得到了广泛的应用。由于节点的自治性，网络中资源的共享主要依靠节点的自愿行为，因此，P2P网络的性能依赖于节点间的合作行为。由于提供资源共享会为节点带来花费，而理性节点加入网络是为了能够最大化自己的利益，因此网络中会存在大量自私节点的搭便车行为。节点的搭便车行为已经成为影响网络性能的主要因素，所以激励机制作为抑制自治网络中用户自私行为的主要方法之一，近年来得到了广泛的关注。由于博弈论能够很好地刻画节点个体利益与网络整体利益之间的不一致性，所以其在节点合作激励机制的研究中得到了越来越广泛的应用。 本文对已有激励机制和机制有效性研究工作进行了总结，在此基础上，对P2P网络节点合作激励机制设计和机制有效性分析两个问题进行了深入研究，提出了基于节点交易意愿调整的合作激励机制，以及基于网络演化博弈论的P2P文件和媒体共享网络激励机制有效性分析框架，主要研究工作包括以下几个方面: 1.提出了基于节点交易意愿调整的合作激励机制。由于现有激励机制通常没有考虑节点自身的交易意愿，而是采用基于节点历史交易信息的互惠机制，这种机制会导致交易信息的存储和处理花费。因此，本文考虑到节点自身的交易意愿以及策略学习行为对节点交易意愿的影响，提出了“胜利者乐观，失败者谨慎”的交易意愿调整规则。本文使用网络演化博弈论对机制的有效性进行了检验，仿真结果和相关分析表明，本文所提出的节点交易意愿调整机制，能够在多种场景下有效促进节点间的资源共享合作行为，并且当节点的交易意愿调整敏感度较高时，节点间的合作行为能够得到更好的保证。 2.提出了P2P文件共享网络互惠激励机制有效性分析框架。针对现有的分析框架中未考虑节点交易关系对激励机制有效性的影响，本文使用节点交易覆盖网来对节点间的交易关系进行建模;除了考虑节点不理性行为外，本文还考虑了节点离开并重新加入网络的行为对激励机制有效性的影响;本文既研究了节点服务价值均匀分布的情况，又研究了节点服务价值不均匀分布的情况下激励机制的有效性;本文还使用慷慨度激励机制对框架的有效性进行了检验，仿真结果和相关分析表明该框架能够给出激励机制的有效条件和解释机制能够促进节点间合作的原因。 3.提出了多人非对称媒体流共享博弈模型和P2P媒体共享网络激励机制有效性分析框架。在P2P媒体共享网络激励机制有效性的研究中，经常考虑两种场景:一种是节点可以自主选择共享带宽的分配策略;另外一种是节点的共享带宽分配固定采用某种分配机制。本文针对这两种场景，分别提出了对互惠激励机制有效性进行分析的框架。本文使用比例带宽分配激励机制对提出框架的有效性进行了检验，仿真结果和相关分析表明本文所提出的两种框架能够给出激励机制的有效条件和解释机制对节点合作行为促进的原因。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 节点合作激励机制相关工作研究进展

1．2．1 基于微支付的合作激励机制

1．2．2 基于互惠的合作激励机制

1．2．3 研究节点合作激励问题的方法

1．3 本文的主要工作和组织结构

1．3．1 已有研究中存在的问题

1．3．2 研究思路和主要内容

1．3．3 论文组织结构

2 基于博弈论的P2P网络节点合作研究现状

2．1 基于经典博弈论的节点合作研究

2．1．1 博弈模型的基本组成

2．1．2 节点合作研究中常用的博弈模型

2．1．3 基于经典博弈论的节点合作研究

2．2 基于演化博弈论的节点合作研究

2．2．1 基本概念

2．2．2 基于演化博弈论的节点合作研究

2．3 基于网络演化博弈论的个体合作研究

2．3．1 网络演化博弈论

2．3．2 基于网络演化博弈论的个体合作研究

2．4 本章小结

3 基于交易意愿的节点合作激励机制研究

3．1 引言

3．2 节点交易模型和交易意愿

3．2．1 节点交易模型

3．2．2 节点交易意愿及调整机制

3．3 交易意愿对节点合作影响理论分析

3．4 系统仿真设置

3．5 交易覆盖网为规则网络时激励机制的有效性

3．5．1 激励机制的有效性和分析

3．5．2 针对特定b值的节点策略演化过程和稳态分析

3．5．3 激励机制促进节点合作的原因分析

3．5．4 节点零花费身份对激励机制有效性的影响

3．5．5 节点策略异步更新对激励机制有效性的影响

3．6 交易覆盖网为随机网络时激励机制的有效性

3．7 本章小结

4 P2P文件共享网络激励机制有效性研究

4．1 引言

4．2 激励机制有效性分析框架组成

4．2．1 激励模型

4．2．2 网络模型

4．2．3 博弈模型和博弈规则

4．2．4 演化模型

4．3 激励机制有效性理论分析

4．4 仿真设置

4．5 节点服务价值均匀分布时激励机制的有效性分析

4．5．1 针对特定R值的节点策略演化过程和稳态分析

4．5．2 互惠者节点比例扰动对演化稳态的影响

4．5．3 学习噪音对节点策略演化过程和稳态的影响

4．5．4 零花费身份和非理性行为对激励机制有效性的影响

4．6 节点服务价值不均匀分布时激励机制的有效性分析

4．6．1 节点服务价值等级分布

4．6．2 针对特定R值的节点策略演化过程和稳态分析

4．7 本章小结

5 P2P媒体共享网络激励机制有效性研究

5．1 引言

5．2 媒体流共享博弈

5．3 基于自组织激励的激励机制有效性分析

5．3．1 节点策略集

5．3．2 激励机制有效性理论分析

5．3．3 基于特定节点关系的激励机制有效性分析

5．4 基于共享意愿调整的激励机制有效性分析

5．4．1 激励机制有效性分析框架组成

5．4．2 仿真设置

5．4．3 仿真结果和分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 总结

6．2 创新点摘要

6．3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介