移動P2P覆蓋網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)及節(jié)點合作保障機制研究.pdf

1、近年來,隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展和各種移動設(shè)備在用尸甲的日益普及,P2P無論是在學(xué)術(shù)領(lǐng)域還是在工業(yè)界,都已經(jīng)擴展到與移動設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的領(lǐng)域。研究者已經(jīng)開始關(guān)注參與性更廣、分布式更強、更具有對等自治特征的移動P2P網(wǎng)絡(luò)(Mobile Peer-to-Peer Network,簡稱MP2P)。移動P2P網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模、自組織、環(huán)境復(fù)雜、節(jié)點資源有限、網(wǎng)絡(luò)拓撲經(jīng)常發(fā)生變化等特點,對其研究和開發(fā)都提出了新的需求和挑戰(zhàn)。
　　首先,P

2、2P網(wǎng)絡(luò)是一種建立在Internet上的分布式覆蓋網(wǎng)絡(luò),其目標(biāo)是能夠充分地利用各種終端系統(tǒng)進行大規(guī)模協(xié)同合作和資源共享。因此,覆蓋網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能有重要影響。而對于移動P2P網(wǎng)絡(luò)這樣高分布式異構(gòu)的環(huán)境而言,為了較好地實現(xiàn)各終端系統(tǒng)協(xié)同合作和資源共享的目標(biāo),維護和提高網(wǎng)絡(luò)的性能,構(gòu)建一個性能良好的覆蓋網(wǎng)拓撲,是其研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。其次,P2P網(wǎng)絡(luò)是以節(jié)點愿意共享資源為前提的,但是由于節(jié)點的分布性、動態(tài)性和異構(gòu)性等,使得P2

3、P網(wǎng)絡(luò)中存在大量不可靠服務(wù)質(zhì)量和欺詐行為(如搭便車、Sybil攻擊、洗白)等問題。在移動環(huán)境中,這些問題同樣存在,且由于移動環(huán)境的特點,使得對引入信任、激勵策略等相關(guān)機制來保障節(jié)點彼此合作,以有效使用網(wǎng)絡(luò)資源,提高網(wǎng)絡(luò)性能的要求更加迫切,亦是移動P2P網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文主要圍繞上述的覆蓋網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和保障節(jié)點合作的相關(guān)機制進行研究,主要內(nèi)容和貢獻如下:
　　(1)結(jié)合多維度的基于網(wǎng)狀和基于樹型層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,提

4、出一種基于節(jié)點間信息交互的三維覆蓋網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)(3D Overlay Based on Information Exchange for MP2P,簡稱3D-OBInfoEx),3D-OBInfoEx首先把節(jié)點按照距離的遠近形成自治域,保障底層物理網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)拓撲的匹配;然后綜合考慮節(jié)點的多方面信息,基于節(jié)點之間的信息交互選擇各自治域的信息中心;最后提出三信息中心互相備份,但各自承擔(dān)不同功能的方法,把各自治域進行連接,避免瓶頸節(jié)點的出現(xiàn),

5、同時分擔(dān)了節(jié)點的工作負載。在3D-OBInfoEx結(jié)構(gòu)中,節(jié)點在僅知道相鄰自治域信息的情況下,即通過局部的連接和信息交互來獲得系統(tǒng)的全局視圖,信息的更新和處理消耗較低,保證了結(jié)構(gòu)的可擴展性、容錯性和穩(wěn)定性等。
　　(2)提出一種促進節(jié)點合作的懲罰培育機制。通過對經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域和社會學(xué)領(lǐng)域中一些促進個體合作行為的分析,在覆蓋網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建和調(diào)整過程中,針對節(jié)點的搭便車、Sybil attack及Whitewashing等不合作行為,做出

6、相應(yīng)處理。該機制使系統(tǒng)中搭便車節(jié)點在有新節(jié)點加入時受到懲罰而退出系統(tǒng),而Sybil attack及Whitewashing節(jié)點在申請加入覆蓋網(wǎng)時就受到懲罰被拒絕加入。通過對節(jié)點的懲罰,培育節(jié)點的合作性,并保障合作節(jié)點能夠更加有效地獲得請求資源,從而使得節(jié)點更加積極地貢獻,最終使系統(tǒng)中各節(jié)點能夠自監(jiān)督、自維護、自遵守合作規(guī)則,提高系統(tǒng)的整體性能。
　　(3)針對在高度動態(tài)的、彼此之間關(guān)聯(lián)度較低的移動P2P系統(tǒng)中,節(jié)點如何維持高度合作

7、的問題,同當(dāng)前激勵機制、博弈論等促進節(jié)點合作行為的研究不同,提出一種基于利他懲罰的節(jié)點合作保障機制。以行為經(jīng)濟學(xué)中通過大量實驗證據(jù)表明的“人群中有很大一部分人愿意自己承擔(dān)成本來懲罰不合作者,即使得不到任何收益”的利他性懲罰行為相關(guān)研究為理論依據(jù),假設(shè)移動P2P系統(tǒng)中存在部分節(jié)點,具有懲罰那些違背合作規(guī)則的自私節(jié)點的行為傾向,自己承擔(dān)懲罰自私節(jié)點的成本。利他懲罰節(jié)點通過懲罰自私節(jié)點,降低其不合作概率,來提高系統(tǒng)合作水平,從而增加系統(tǒng)整體收