适应自组织管理模式的P2P网络技术的研究

论文摘要

在物理网络实现了相对高速的传输以及节点具备高速的计算能力之后,以Overlay覆盖网络为基础的网络模式将成为网络发展的主要形式,在增强网络功能及性能的同时,不必改造网络基础设施,服务成本低、部署灵活,且有利于处理互联网中的“扭斗”(Tussle)问题。以结构化P2P网络为基础的Overlay网络技术,节点采用自组织的管理模式,在体系结构上消除了单点失效及中心节点性能瓶颈问题,另一方面,结构化P2P网络技术所拥有的强大的可缩放特性,使得在广域网范围内实现海量规模的资源整合及共享提供了可能性。自组织的管理模式必然会对整个结构化P2P网络的可用性产生较大的影响,因此,如何增强结构化P2P网络的可用性成为当前P2P网络技术研究领域的热点之一。本论文首先对P2P网络技术的研究成果进行回顾,对存在的问题进行分析,并以此作为本论文的研究基础。然后从P2P网络体系结构的角度出发,将增强P2P网络可用性所需要考虑的多方面因素放置在P2P网络的不同层次予以解决,并结合P2P网络自身的特点,在分层的基础之上分别展开研究。重点研究了P2P网络体系结构、P2P网络路由算法以及P2P网络中节点自私行为及其激励机制等三个方面的内容。在P2P网络体系结构研究方面,提出了一种面向服务的P2P网络体系结构(ISPNA)框架模型,从全局角度对P2P网络技术进行研究,分析出P2P网络中可用性增强的关键技术及相互之间的层次关系。在P2P网络路由算法方面,提出了一种基于自组织聚类的P2P语义路由改进算法(SCSRAA),针对结构化P2P语义路由过程低效性的问题,通过分析哈希散列函数的性质入手,归纳出目的节点、传统语义路由中继节点序列、聚类邻居节点集三者之间的逻辑关联特性,并将其应用于自组织聚类的语义路由改进算法的研究与分析之中,从而达到在提高路由效率的同时保证P2P网络的对等性、自组织性及规模可缩放性的目的。P2P网络节点自私行为及其激励机制的研究是本论文的研究重点。目前存在的信用管理模型或者激励模型多是采用泛洪方式获得网络其他节点的历史行为信息,庞大的报文通信量和算法的高时间复杂度制约了所能应用的P2P网络的规模。因此,在P2P网络激励模型的研究中有必要引入新的研究方法和理论,博弈理论是自组织系统中进行优化研究的最佳数学工具,为P2P网络激励模型的研究提供了坚实的基础。将博弈理论应用到适应自组织管理模式的P2P网络信用管理模型中来,具有一定的创新意义,而通过综合考虑节点及节点行为的多样性,则使得P2P网络信用管理模型的研究更具有实用价值。提出了基于博弈理论的适应不同P2P应用环境的信用管理激励模型,并对信用管理模型的工作机理进行了分析,模型在信用计算的时间复杂度及报文通信量方面远低于传统解决方案,且模型的激励机理是能够适应结构化P2P网络的自组织管理模式及网络规模的可缩放性的。最后对本论文的工作进行了总结,指出了需要进一步研究的内容和方向。论文的研究内容作为结构化P2P网络技术研究的重要组成部分,其研究结论可以应用于基于结构化P2P网络技术所构建的网络应用中,以增强应用的整体可用性,对推动结构化P2P网络技术的实用化进程具有很大的借鉴意义,同时可为构建新型的P2P网络应用提供有益的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 论文插图索引
• 论文表格索引
• 第一章 前言
• 1.1 立题背景和论文目标
• 1.2 论文研究对象及主要研究内容
• 1.3 论文的组织结构
• 1.4 论文主要贡献
• 第二章 研究基础
• 2.1 P2P 网络技术发展概况
• 2.1.1 P2P 网络应用分类
• 2.1.2 P2P 网络基本性质
• 2.2 P2P 网络技术分类
• 2.2.1 无规则拓扑P2P 网络
• 2.2.2 结构化拓扑P2P 网络
• 2.2.3 P2P 网络性能指标
• 2.2.4 结构化P2P 网络的自组织管理模式
• 2.2.5 P2P 网络技术述评
• 2.3 结构化P2P 网络研究存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 P2P 网络可用性增强的关键技术
• 3.1 概述
• 3.2 面向服务的P2P 网络体系结构分层参考模型
• 3.2.1 P2P 连通层
• 3.2.2 统一资源层
• 3.2.3 服务聚合层
• 3.2.4 用户应用层
• 3.3 面向服务的P2P 网络体系结构框架模型的形式化描述
• 3.4 P2P 网络应用平台构建中的关键技术
• 3.5 结构化P2P 网络可用性增强的关键技术
• 3.6 本章小结
• 第四章 适应自组织管理模式的P2P 路由算法的研究
• 4.1 背景
• 4.2 相关研究工作
• 4.3 SCSRAA 语义路由模型
• 4.3.1 SCSRAA 语义路由算法的基本思想
• 4.3.2 自组织聚类物理邻居节点模块
• 4.3.3 SCSRAA 语义路由算法模块
• 4.3.4 SCSRAA 模型中节点的失效处理
• 4.4 试验仿真与结论
• 4.4.1 试验目的和方法
• 4.4.2 试验过程与结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 P2P 网络中资源稳定性的研究-I
• 5.1 需求分析
• 5.2 相关研究工作
• 5.3 P2P 资源共享网络中的“囚徒困境”
• 5.4 P2P 网络与博弈理论
• 5.4.1 自组织管理模式的P2P 系统与理论分析工具选择
• 5.4.2 博弈模型
• 5.5 基于重复博弈的P2P 网络信用管理模型RGTRUST
• 5.5.1 RGTrust 节点信用计算模型
• 5.5.2 RGTrust 模型中的一些问题的讨论
• 5.5.3 RGTrust 分布式存取协议
• 5.5.4 算法性能比较
• 5.5.5 试验及其结论
• 5.6 本章小结
• 第六章 P2P 网络中资源稳定性的研究-II
• 6.1 资源区分激励模型
• 6.1.1 P2P 网络中资源的分布特征
• 6.1.2 资源区分的信用管理模型DiffTrust
• 6.1.3 DiffTrust 激励模型分布式协议
• 6.2 MULTITRUST 激励模型
• 6.2.1 MultiTrust 信用管理模型
• 6.2.2 MultiTrust 激励模型分布式协议
• 6.3 强调交易连续的激励模型（SEQTRUST）
• 6.4 仿真试验及其结论
• 6.4.1 DiffTrust 激励模型评价
• 6.4.2 适应自组织管理模式的P2P 网络激励模型的评价
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目