基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的對等計(jì)算系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著對等計(jì)算(Peer-to-Peer,P2P)技術(shù)的迅猛發(fā)展、需求與應(yīng)用的不斷拓展、用戶數(shù)量的急劇增加以及交互方式的日益多樣化,P2P系統(tǒng)本身及其所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境均呈現(xiàn)出爆炸式的復(fù)雜性增長(complexity explosion)趨勢.面對這種情形,當(dāng)前用于構(gòu)造P2P系統(tǒng)的思想、方法和技術(shù)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),P2P系統(tǒng)中的安全問題也愈加突出,亟需從新的角度理解網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)的行為之間的關(guān)系,進(jìn)而考慮改善網(wǎng)絡(luò)的行為,使之一方面能夠真實(shí)

2、反映和正確利用網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征,另一方面能夠更好地適應(yīng)這種爆炸式的復(fù)雜性增長趨勢. 從本質(zhì)上看,具有上述高度動態(tài)性和復(fù)雜性的P2P系統(tǒng)是一個典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟驯蛔C實(shí)具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的諸多基本特征.然而,該研究領(lǐng)域當(dāng)前普遍存在的問題是,在設(shè)計(jì)P2P算法和協(xié)議時,或者對網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣髦跎?或者即便了解這些拓?fù)涮卣?但是未能充分地?fù)P其長、避其短,并合理地體現(xiàn)在算法和協(xié)議的實(shí)際操作中. 針對這一現(xiàn)狀,本文集中地從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3、特征的角度,基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理淪,對涉及P2P計(jì)算系統(tǒng)本質(zhì)問題的若干關(guān)鍵技術(shù)展開深入研究,包括: ·如何準(zhǔn)確刻畫和真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際P2P網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)涮卣? ·如何有效利用這些拓?fù)涮卣骺刂芇2P網(wǎng)絡(luò)的行為、改善P2P網(wǎng)絡(luò)的性能? ·如何進(jìn)一步有效利用這些拓?fù)涮卣鲗2P網(wǎng)絡(luò)實(shí)施有針對性的安全保護(hù)? 本文的創(chuàng)新性研究成果主要有: 1.針對實(shí)際P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模與重構(gòu)問題,提出了一種基于拓?fù)涮卣鞯?/p>

4、P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖善?FitGnu. FitGnu通過以下幾項(xiàng)改進(jìn)措施來構(gòu)造和生成拓?fù)?(1)顯式地保持節(jié)點(diǎn)連接度的冪律分布并支持冪指數(shù)的參數(shù)可控性；(2)引入競爭因素,采用基于廣義適應(yīng)度的優(yōu)先連接；(3)利用地理鄰近信息構(gòu)造局域世界連接和全局世界連接；(4)支持網(wǎng)絡(luò)的增長(新節(jié)點(diǎn)加入/老節(jié)點(diǎn)消亡)和演化(拓?fù)涮卣髦笜?biāo)的演變).理論分析與實(shí)證研究表明,相對于BA、MLw等拓?fù)渖善?由FitGuu生成的拓?fù)鋱D能夠更為準(zhǔn)確和完整地

5、再現(xiàn)Gnutella類型P2P網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度、小世界、度-度關(guān)聯(lián)、聚類等高級拓?fù)涮卣?并具有更好的應(yīng)用針對性和可操作性. 2.針對P2P網(wǎng)絡(luò)的行為控制與性能改善問題,提出了一種基于拓?fù)涮卣鞯目蓴U(kuò)展P2P文件共享系統(tǒng):TOA. TOA分別從以下幾個方面對現(xiàn)有算法和協(xié)議實(shí)施改進(jìn):(1)針對資源放置問題,提出了一種動態(tài)拓?fù)溥m應(yīng)與演化算法DYToPA,使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠軌蛑鲃拥剡m應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中資源的分布狀況和使用情況,并實(shí)現(xiàn)底層物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

6、意識；(2)針對資源定位問題,提出了一種高效率的數(shù)據(jù)搜索算法SMARTSEARCH,使得搜索操作盡可能地僅在一小部分"正確"節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行；(3)針對負(fù)載均衡問題,提出了一種熱點(diǎn)資源復(fù)制策略HOTREPICATION,根據(jù)熱點(diǎn)資源的實(shí)際使用情況,自動執(zhí)行數(shù)據(jù)復(fù)制和載荷遷移；(4)針對資源獲取問題,提出了一種大尺寸文件下載策略BIGDOWNLOAD,實(shí)現(xiàn)基于軟狀態(tài)的主動接納控制和資源預(yù)留,以盡可能發(fā)揮P2P系統(tǒng)的最大潛能,并提供一定程度上的Q

7、oS保證.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對于BFS、RW、MRP等系統(tǒng),ToA<'3>在搜索效率、負(fù)載分布、對底層物理網(wǎng)絡(luò)的利用、以及拓?fù)溲莼|(zhì)量等性能測度上均取得了明顯的改善. 3.針對P2P網(wǎng)絡(luò)中蓄意攻擊行為的安全保護(hù)問題,提出了一種基于拓?fù)涮卣鞯姆稚⑹侥繕?biāo)免疫策略:DeepCure；作為對.DeepCure的功能擴(kuò)充和性能增強(qiáng),還提出了一種基于本地hub的扼流機(jī)制:LHRT. DeepCure在免疫目標(biāo)的定義、免疫目標(biāo)選取范圍的

8、確定、免疫方法的設(shè)計(jì)等方面區(qū)別于現(xiàn)有的其它策略,使得其能夠僅利用本地知識和僅免疫少量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),即可大幅度提高P2P網(wǎng)絡(luò)的抗蓄意攻擊能力.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與K<,max>,SAL、Local三種免疫策略相比,DeepCure在免疫成本、免疫效率、可擴(kuò)展性、魯棒性等多個測度上均獲得了明顯的性能增益.配合LHRT扼流機(jī)制,經(jīng)適當(dāng)延遲的DeepCure免疫策略能夠有效應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)中瞬時間大規(guī)模爆發(fā)的病毒感染或惡意攻擊,并有助于實(shí)現(xiàn)"主動免疫"的網(wǎng)絡(luò)安