自組織P2P網(wǎng)絡(luò)中合作問題及其激勵機(jī)制研究.pdf

1、近年來，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以P2P網(wǎng)絡(luò)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)為代表的一類新型網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展起來。這些網(wǎng)絡(luò)往往由理性的自治節(jié)點通過自組織方式相互連接而成，故可統(tǒng)稱自組織網(wǎng)絡(luò)。在這類網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點常為了謀求自身利益的最大化而采用自私的行動策略，易于引起個人利益與系統(tǒng)的整體利益的沖突，若不加以引導(dǎo)，節(jié)點的自私性將引起網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的可用性。事實上，這種自私行為已經(jīng)導(dǎo)致了大量的P2P網(wǎng)絡(luò)的消亡。因此，隨著自組織網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，旨

2、在克服網(wǎng)絡(luò)自私行為的研究工作正受到越來越多的關(guān)注。本文正是切合當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實際需要，研究自組織網(wǎng)絡(luò)的合作機(jī)制，特別是面向大規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式合作機(jī)制。
　　 自組織網(wǎng)絡(luò)普遍具有動態(tài)性強(qiáng)、無中心節(jié)點、規(guī)模龐大等特點，在集中式合作機(jī)制中，中心節(jié)點易成為性能的瓶頸和安全的隱患，分布式合作機(jī)制是當(dāng)前研究的重點。但是這種分布式的組織方式也增加了路由、信息存儲、服務(wù)分配等方面機(jī)制設(shè)計的復(fù)雜性；同時，由于分布式合作機(jī)制的執(zhí)行只能由自私

3、節(jié)點本身承擔(dān)，因此該機(jī)制執(zhí)行本身也存在激勵問題。本論文針對以上問題，以提高自組織網(wǎng)絡(luò)可用性為目標(biāo)，探討并實現(xiàn)了多種有效的、實用的分布式合作機(jī)制。
　　 (1)針對應(yīng)用層P2P網(wǎng)絡(luò)，提出了基于一般等價物的服務(wù)交換合作機(jī)制。這種合作機(jī)制的一個難點問題是如何采用分布方式對作為一般等價物的貨幣進(jìn)行有效的管理。對此，本論文提出一種二值貨幣--不可轉(zhuǎn)讓的債務(wù)關(guān)系及相應(yīng)的支付協(xié)議。由于鄰居節(jié)點間存在重復(fù)交互，節(jié)點能自發(fā)的維護(hù)貨幣及支付的有效性

4、，從而形成分布式貨幣管理機(jī)構(gòu)。理論分析表明，在基于債務(wù)的交換機(jī)制下用戶的服務(wù)策略存在Nash均衡；而進(jìn)一步的實驗表明，存在激勵有效的Nash均衡，用戶貢獻(xiàn)值與獲得的利益成正比關(guān)系。
　　 節(jié)點間的債務(wù)關(guān)系集合構(gòu)成了債務(wù)網(wǎng)絡(luò)。論文討論了服務(wù)節(jié)點到請求節(jié)點債務(wù)鏈路的構(gòu)造問題，即債務(wù)網(wǎng)絡(luò)的路由問題。由于常規(guī)路由算法不能適應(yīng)債務(wù)網(wǎng)絡(luò)極強(qiáng)的動態(tài)性，因此在DHT網(wǎng)絡(luò)中，擬采用貪婪路由降低動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的路由表維護(hù)開銷，降低貨幣管理開銷。同時論文也

5、給出了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)中基于洪泛的債務(wù)鏈路構(gòu)造算法。
　　 (2)基于債務(wù)的貨幣也可應(yīng)用于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)--網(wǎng)絡(luò)層的對等網(wǎng)絡(luò)。債務(wù)網(wǎng)絡(luò)M-DRN的路由問題是合作機(jī)制的關(guān)鍵問題。債務(wù)網(wǎng)絡(luò)作為Ad hoc網(wǎng)絡(luò)之上的一種覆蓋網(wǎng)絡(luò)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法對債務(wù)機(jī)制的性能有很大影響。論文提出了基于最優(yōu)路徑的地理路由算法PGA，并通過實驗證明，路徑構(gòu)造時引入恢復(fù)機(jī)制可以顯著提高該算法的報文投遞成功率。同時，該路由算法具有的路由無環(huán)性使得無狀

6、態(tài)路由成為可能，顯著降低了路由協(xié)議的設(shè)計復(fù)雜度與維護(hù)開銷。以PGA路由算法為基礎(chǔ)，論文提出了適用于M-DRN的路由算法，并采用多路探測來補(bǔ)償路徑失效造成的路由成功率的降低。
　　 在上述工作基礎(chǔ)上，論文針對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的文件共享應(yīng)用設(shè)計了基于債務(wù)的合作機(jī)制。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的文件轉(zhuǎn)發(fā)路徑僅由本網(wǎng)節(jié)點組成，文件共享和文件轉(zhuǎn)發(fā)都存在合作需求。由于兩者具有不同的執(zhí)行代價，在合作機(jī)制中僅采用二值貨幣無法滿足支付的粒度。論文提出了

7、連續(xù)型債務(wù)SimDebt，并通過在M-DRN中構(gòu)造可行路徑并分配費(fèi)用，實現(xiàn)了對文件服務(wù)節(jié)點和中繼節(jié)點的有效激勵。
　　 (3)論文還對基于聲譽(yù)的分布式合作機(jī)制的有效性進(jìn)行了理論研究，并針對二階搭便車問題提出了基于連續(xù)型二階聲譽(yù)的合作機(jī)制。提出了一種可行的服務(wù)分配規(guī)范PSL，通過對兩兩匹配、非兩兩匹配的不同博弈模型的分析和仿真實驗，說明了結(jié)合該聲譽(yù)和PSL規(guī)范能夠有效的激勵用戶的合作。
　　 同時，論文還通過引入占優(yōu)于Di