BitTorrent核心算法研究与改进

论文摘要

目前对BitTorrent网络的研究大都是在真实环境或模拟环境下进行的测试研究,因此从理论上分析系统中的核心算法,研究一下系统为什么采用这样的策略、采用这些策略后会对系统的服务性能产生什么影响,以及这些策略是否存在不足之处等问题,不仅可以对现有的BT网络提供理论依据,而且还可以指导我们如何去改进现有的网络。因此有重要的理论和现实意义。本文的主要工作内容如下:1.深入分析了BitTorrent网络中的相关协议,并对BitTorrent客户端和服务器端的主要功能类进行了详细介绍,重点对BitTorrent中核心算法的运行机制进行了详细分析。2.从不同的角度对Tracker算法和片段选择算法进行了数学建模,通过对模型的分析和Matlab仿真,推导出了上述算法中采用的各种不同策略的理论依据,并找出了Tracker算法的不足之处。3.搭建测试环境,测试了不同策略对系统服务性能的影响情况,测试结果与上述理论分析结果是一致的,说明了上述理论分析结果的正确性。4.由于受自身拥有的片段数目的影响,当节点处于下载快要完成阶段时,从邻居节点获得新片段的概率会减小,因此此时节点的下载速度会降低,模拟测试结果也表明现实BitTorrent网络中确实存在这样的问题。针对上述不足提出了改进的Tracker算法,并对原来的Tracker算法和改进后的算法进行了模拟测试,测试结果表明,改进的Tracker算法进一步提高了系统的服务性能。本文通过对BitTorrent中的两个核心算法:Tracker算法和片段选择算法的理论分析,为算法中的相关策略提供了理论依据,发现了Tracker算法的不足之处,找到了片段选择算法中“最后阶段模式”出现的根本原因,并对Tracker算法进行了改进,进一步提高了系统的服务性能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文的组织结构
• 2 BitTorrent网络概述和协议分析
• 2.1 BitTorrent网络结构及原理
• 2.2 BitTorrent种子文件分析
• 2.3 Peer与Tracker服务器之间的通讯协议
• 2.4 Peer与Peer间的通讯协议
• 2.4.1 节点状态
• 2.4.2 数据块的结构
• 2.4.3 节点间的消息
• 3 BitTorrent系统主要功能类分析及算法概述
• 3.1 BitTorrent服务器端主要功能类
• 3.2 BitTorrent客户端主要功能类
• 3.3 主要算法概述
• 3.3.1 Tracker算法
• 3.3.2 片断选择算法
• 3.3.3 Peer算法（节点选择算法）
• 3.3.4 空间分配算法
• 4 Tracker算法的分析及改进
• 4.1 新片段的可获得性分析
• 4.1.1 共享文件大小对Tracker算法性能影响分析
• 4.1.2 下载节点拥有的片段数目对Tracker算法性能影响分析
• 4.2 Tracker算法的改进
• 4.2.1 原Tracker算法的不足之处
• 4.2.2 改进的Tracker算法的基本思想
• 4.2.3 改进的Tracker算法的流程图
• 4.3 改进的Tracker算法的实现
• 4.3.1 Peer与Tracker服务器之间通讯协议的扩展
• 4.3.2 原实现中相关类及函数的修改
• 4.3.3 改进的Tracker算法的主要代码分析
• 4.4 模拟实验与结果分析
• 4.4.1 实验环境
• 4.4.2 实验数据的采集及处理方法
• 4.4.3 实验结果与分析
• 4.5 种子节点身份认证机制分析
• 5 片段选择算法的分析及性能测试
• 5.1 片段分布的均匀性对系统性能影响分析
• 5.1.1 片段分布均匀性对系统性能影响模型的建立
• 5.1.2 模型的求解与分析
• 5.2 最少片段优先策略对系统性能影响分析
• 5.2.1 采用最少片段优先策略后系统的性能分析
• 5.2.2 使系统性能最优的策略求解
• 5.3 严格优先策略与随机的第一个策略性能分析
• 5.4 最后阶段模式对系统性能影响及其成因分析
• 5.5 性能测试与结果分析
• 5.5.1 测试环境
• 5.5.2 数据的采集及处理方法
• 5.5.3 测试结果与分析
• 6 总结
• 6.1 总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集