对等网络中节点位置的局部化策略研究

论文摘要

在对等网络系统中，每个节点不仅从其它节点处下载数据，同时也利用自己的上传带宽给其它节点上传数据。由于各节点在地理分布和互联网拓扑分布上都具有很大的差异性，这就导致对等网络系统在互联网服务提供商ISP（Internet ServiceProvider）边界处产生大量跨ISP边界数据流量。这种跨ISP边界的数据流量会大量增加含有活跃对等网络用户的ISP的网络维护费用。利用PlanetLab平台，可以构造一张包含各Planetlab节点的自治系统级互联网地图。这张地图包含所有PlanetLab节点冈的端到端的自治系统级路径，以及这条路径上相邻的自治系统的关系。利用这张互联网地图，可以对CS计算方式和一些对等网络计算方式进行评估。被评估的对等网络计算方式包括传统的没有考虑节点位置局部性的计算方式和以最小化数据传输的自治系统跳数和最大化所在自治系统收入为目的的计算方式。仿真结果表明：（1）以最小化数据传输的自治系统跳数为目的的对等网络计算方式相对于已有的对等网络计算方式可以很大程度减轻互联网的负担，并且能较好的平衡各自治系统的收支情况。（2）以最大化所在自治系统收入为目的的对等网络计算方式是不必要的。（3）有必要在对等网络应用保障节点的公平性和优化自治系统相关性能间进行权衡。可以在三个层次上利用节点位置的局部性。对应的三种可行的局部化策略分别是“tracker locality”（邻居选择）、“choker locality”（choke和unchoke）和“pickerlocality”（数据块选择）。通过基于H-sphere模型的理论分析，可以分别得出三种策略下的数据平均传输距离和系统效率的解析表达式。每种策略的分析都包括文件下载和视频流直播两种应用情景。所有分析结果都通过了广泛的仿真实验的验证。分析结果表明：（1）当类BitTorrent系统进入稳定状态后（Steady State）后，三种局部化策略都可以获得同传统BitTorrent系统一样的系统效率。（2）三种局部化策略都可以显著的降低网络负载。（3）各策略各有所长，分别在不同的情况下具有最好的效果。基于Web的利用节点位置局部性的对等网络视频点播系统BitTube的设计思想是尽可能少的改变已有的基于Web的视频点播系统的结构和用户的使用方式。BitTube包含了一系列考虑或不考虑节点位置局部性的数据块选择策略，并且支持HTTP和对等网络方式下载的无缝结合。通过观察BitTube系统各节点的数据块粒度的下载行为，可以计算出BitTube系统在各数据块选择策略下相对于传统CS方式的服务器负载减少量，并且可以分别给出BitTube在各数据块选择策略下的各种设计目标的关系。利用BitTube系统框架，通过在3．9．1版本的BitTorrent源代码中加入视频流直播和三种局部化功能，可以在文件下载和视频流直播应用情景下对这三种局部化策略在PlanetLab平台上进行实验测试。实验结果不仅表明所提出的三种局部化策略可以很大程度上减轻互联网的负担同时降低文件下载所需的时间，而且指出有必要在对等网络应用保障节点的公平性和优化自治系统相关性能间进行权衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 论文组织结构
• 2 节点位置的局部化在对等网络系统中的作用
• 2.1 引言
• 2.2 相关研究工作
• 2.3 节点位置的局部化在对等网络系统中的作用
• 2.4 小结
• 3 BitTorrent类对等网络中节点位置的局部化策略
• 3.1 BitTorrent协议
• 3.2 三种局部化策略
• 3.3 小结
• 4 节点位置局部化策略的建模与理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究工作
• 4.3 基于Power法则的节点位置局部化策略的建模与理论分析
• 4.4 仿真实验分析
• 4.5 小结
• 5 一个基于WEB的利用节点位置局部性的P2P视频点播系统的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 相关研究工作
• 5.3 系统设计与实现技术
• 5.4 系统的实验分析
• 5.5 小结
• 6 节点位置局部化策略的实际部署与实验分析
• 6.1 引言
• 6.2 相关研究工作
• 6.3 节点位置局部化策略的实际部署
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 工作总结与创新
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录 2 攻读学位期间参与的研究项目