P2P文件共享系统中的副本技术研究

论文摘要

随着计算机和互联网技术的迅速发展,传统的网络应用模式已经不能适应发展的新需求,客户端/服务器式的计算模式不得不发生转变,从而使得新的网络计算模式——P2P网络得以产生。P2P网络的开放性使其自产生起,就得到了众多用户和业内人士的广泛关注,其应用也涉及了众多领域。P2P文件共享就是P2P技术的一个主要应用,是其技术发展的动力源泉,也已成为互联网上的主要应用之一,对互联网的使用和流量产生了巨大影响。P2P文件共享系统通过对文件的复制传播将文件共享的两大开销——存储和通信分布到网络中的各个节点上,从而为文件共享提供高效、低成本的通信方式。数据复制技术（即副本技术）是P2P文件共享系统中一种常用的和重要的数据管理机制,它通过为系统中的文件增加副本来提高系统中文件的可用性和可靠性,从而提高系统的整体性能。因此,P2P系统中的副本技术是一项极具研究价值的课题,是保证系统高可靠性、可用性的关键,其中的副本创建问题、文件的频繁更新所引发的副本一致性维护问题以及副本删除问题仍然是尚未有效解决的难点。本文在深入调研和总结已有相关研究成果的基础上,从副本创建、副本一致性维护、副本删除三个方面对副本技术展开研究,激励节点主动提供存储资源保存副本,降低副本一致性维护的开销,充分利用有限存储空间,提高网络的整体性能。本文的主要研究工作如下:首先,阐述了P2P网络的产生过程、定义以及所具有的特点,介绍了P2P网络的分类,并给出了其主要的应用领域。随后分析和讨论了P2P网络的动态性和节点的不合作性的具体表现,简述了副本技术的重要性,综述了副本技术的相关研究和现状,分析了现有副本相关技术所存在的不足。其次,针对副本创建问题展开研究。根据信息经济学中委托——代理关系的相关知识以及激励概念,提出基于激励机制的副本创建策略。利用合作效用来衡量节点愿意提供存储空间的合作程度,合作效用高的节点可以得到更好的服务,以此鼓励节点提供资源与服务,提高副本创建的成功率,从而提高系统的整体性能。在上述基于激励机制的副本创建策略基础上,本文进一步引入推荐节点,提出基于多级代理的副本创建策略。当某节点不是出于自私行为而是自身客观条件造成无法存放副本时,该节点可以作为推荐节点向委托节点推荐合作效用高的邻居或者已知节点,这样不仅可进一步提高副本创建的成功率,还可提高副本创建的效率。再次,针对副本一致性维护问题展开研究。为降低副本一致性维护的时间和消息开销,提出基于物理位置和布鲁姆过滤器（bloom-filter）相结合的副本一致性维护机制。利用复杂网络社团划分方法,将物理上相近的节点划分在同一个簇中,更新工作主要在各个簇内进行,以降低一致性维护的时间开销;通过引入冗余二级邻居优化已有的更新传播算法,以降低更新消息的冗余传播。最后,针对副本删除问题展开研究。为充分利用存储资源,需将无使用价值的副本进行删除和清理,本文提出了基于灰色预测和代价的副本删除策略。借鉴现有的灰色预测模型,利用累加变换对副本的使用价值（副本活跃度）进行预测,以提高预测的准确度;分析和量化副本删除的代价,综合预测结果、删除代价以及其他相关因素得出副本存活价值,用其决定副本的取舍,以防止副本的大量删除和减少“颠簸”现象。模拟实验验证的结果表明,本文提出的副本创建策略可以提高副本创建的成功率和效率,提出的副本一致性维护机制可以降低副本一致性维护的时间和消息开销,提出的副本删除策略可以选择更加合适的副本进行删除,并可避免副本的大量被删除,从而减少“颠簸”现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 P2P 网络的产生
• 1.1.2 P2P 网络的定义和特点
• 1.1.3 P2P 网络的分类
• 1.1.4 P2P 网络的主要应用领域
• 1.2 问题的提出
• 1.2.1 网络的动态性
• 1.2.2 节点的不合作性
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 P2P 网络副本技术相关研究及问题
• 2.1 副本技术简介
• 2.2 副本创建技术的研究现状及存在问题
• 2.2.1 副本创建技术的研究现状
• 2.2.2 副本创建技术存在的问题
• 2.3 副本一致性维护技术的研究现状及存在问题
• 2.3.1 副本一致性维护技术的研究现状
• 2.3.2 副本一致性维护技术存在的问题
• 2.4 副本删除技术的研究现状及存在问题
• 2.4.1 副本删除技术的研究现状
• 2.4.2 副本删除技术存在的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于激励机制的副本创建策略
• 3.1 引言
• 3.2 信息经济学基础
• 3.2.1 委托——代理关系的基本概念
• 3.2.2 激励机制的目标
• 3.3 基于激励机制的副本创建策略
• 3.3.1 激励模型
• 3.3.2 激励模型计算的简化
• 3.3.3 基于激励机制的副本放置算法
• 3.4 副本创建策略的模拟实验与分析
• 3.4.1 实验参数设定
• 3.4.2 IR 策略的性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 改进的基于激励机制的副本创建策略
• 4.1 副本创建的单级代理结构
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 单级代理结构的缺陷
• 4.2 改进的基于激励机制的副本创建策略
• 4.2.1 副本创建的多级代理模型
• 4.2.2 基于多级代理结构的副本创建策略
• 4.3 改进的副本创建策略的模拟实验与分析
• 4.3.1 RBMA 的搜索性能
• 4.3.2 RBMA 的节点负载变化
• 4.3.3 RBMA 的副本创建效率
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于物理位置和布鲁姆过滤器的副本一致性维护机制
• 5.1 引言
• 5.2 基于复杂网络的P2P 节点簇划分
• 5.2.1 网络距离的量化
• 5.2.2 节点的簇划分方法
• 5.3 基于物理位置和布鲁姆过滤器的副本一致性维护机制
• 5.3.1 更新消息的传播
• 5.3.2 基于物理位置和布鲁姆过滤器的更新传播
• 5.4 理论分析
• 5.5 一致性维护机制的模拟实验与分析
• 5.5.1 主要实验参数的设定
• 5.5.2 性能分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于灰色预测和代价的副本删除策略
• 6.1 引言
• 6.2 预备知识
• 6.3 基于灰色预测和代价的副本删除策略
• 6.3.1 副本活跃度的灰色预测模型
• 6.3.2 副本删除代价的影响因素
• 6.3.3 副本删除策略
• 6.4 副本删除策略的模拟实验与分析
• 6.4.1 主要实验参数设定
• 6.4.2 GM-cost 策略的性能分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 主要贡献和创新点
• 7.3 下一步工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参与或主持的科研项目
• 攻读博士学位期间参与申请的专利
• 致谢