对等网络中节点合作激励机制研究

摘要

对等网络是采用对等模式工作的网络，它能充分利用互联网的边缘资源，极大地提高网络效率。对等网络技术的应用已经越来越显现出它的优势，广泛应用于文件共享、流媒体、计算、即时通信等。然而广泛存在的搭便车行为会降低对等网络的性能，增加系统的脆弱性;此外，还存在着白洗、女巫攻击、以及共谋等恶意节点行为。为保障对等网络高效、安全及可靠运行，有必要对过于严重的搭便车行为进行抑制。
　　 当前，国内外许多学者针对对等网络中大量存在搭便车及恶意节点现象，提出了不同的激励机制理论，分为如下几类激励机制:虚拟支付激励机制、直接互惠激励机制、基于信誉激励机制、无私节点激励机制。当前针对对等网络文件系统中的搭便车等问题，最有效的分析工具是博弈论。如何构建与量化激励机制，促进对等网络节点之间合作等是本文重点研究探讨的问题。采用有效的激励机制，将减少对等网络中普遍存在的搭便车的现象，实现对等网络的稳态运行，从而提高对等网络应用的服务质量。然而，没有一种放之四海皆而有效地激励方法，必须针对特定结构和应用给出特定的机制。
　　 本论文的研究工作在湖北省自然科学基金重点项目(2010CDA011)、湖北省自然科学基金项目(2008CDB342)、湖北省教育厅重点基金项目(D20111409)的支持下，对BitTorrent、Gnutella、Chord和对等网络流媒体系统进行了研究，提出了相应的激励机制。论文的主要研究成果如下:
　　 1)提出了自适应宽容的一报还一报激励策略AGTFT。AGTFT策略在TFT策略基础上进行了改进，若上轮博弈中交互节点背叛自己，则本轮博弈中自身选择一定的概率合作，且这个合作概率是根据环境动态变化的。在不稳定的网络环境下，AGTFT策略比TFT策略更健壮，容错性好;同时由于AGTFT策略对合作节点比TFT策略更加友好，能够更加促进合作节点之间的合作，从而直接和间接抑制搭便车现象，有效提高BitTorrent系统的服务质量。
　　 2)在Gnutella协议基础上提出了基于兴趣簇与声望改进的Gnutella激励机制。基于兴趣簇与声望改进的Gnutella激励模型主要由兴趣簇组成，每个兴趣簇由超级节点管理着若干叶节点。采用声望激励的方式，兴趣簇内超级节点可根据簇内节点服务情况对叶节点进行声望评价，兴趣簇之间可根据兴趣簇服务情况进行声望评价，从而有效抑制搭便车现象。该机制还可有效防止洪泛现象的发生。
　　 3)在Chord协议基础上提出了具有激励机制的、基于优先级排队服务的IChord协议。IChord协议具有如下特性:协议目标是激励Chord网络稳态运行;协议通过节点贡献值量化，优先级排队实现差异化服务的激励机制;协议中的差异化服务具有动态性，从而有效抑制节点搭便车行为，缓解对等网络扰动现象，促进对等网络稳态运行。
　　 4)基于马尔可夫预测机制建模，将节点动态选择为一个合作博弈，并构成一个稳定的联盟，提出基于动态联盟的对等网络流媒体系统激励机制。对等网络流媒体系统中，联盟管理服务器管理着对等网络流媒体网络中的联盟及联盟中的成员。通过节点在联盟内部发布证书与反馈的方式来判断节点是否向其下游节点提供流媒体下载服务，以判断节点是否为搭便车节点。该机制对网络节点自私行为具有约束性，进而能够维护网络的稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 对等网络概述

1．1．1 对等网络定义与特性

1．1．2 对等网络应用分类

1．1．3 对等网络拓扑结构分类

1．2 对等网络非合作节点行为

1．3 对等网络激励机制

1．3．1 对等网络激励机制主要研究内容

1．3．2 对等网络激励机制分类

1．3．3 基于博弈论的对等网络激励机制建模

1．4 论文结构

1．5 论文创新点

第2章 一种改进自适应宽容的一报还一报激励机制

2．1 BitTorrent激励机制及研究现状

2．1．1 BitTorrent简介

2．1．2 BitTorrent激励机制及不足之处

2．2 自适应GTFT博弈策略

2．2．1 Tit-for-Tat策略及改进策略研究

2．2．2 自适应GTFT策略及演化过程

2．2．3 自适应的GTFT策略特性分析

2．3 改进BitTorrent激励机制仿真结果及分析

2．3．1 仿真环境说明

2．3．2 仿真结果及分析

2．4 本章小结

第3章 基于兴趣簇与声望改进的Gnutella激励机制

3．1 Gnutella激励机制及研究现状

3．1．1 Gnutella简介

3．1．2 Gnutella不足之处

3．1．3 Gnutella激励机制研究现状

3．2 基于兴趣簇与声望改进的Gnutella激励机制

3．2．1 兴趣簇与声望相关方法研究

3．2．2 基于向量空间模型的兴趣簇连接机制

3．2．3 基于声望的激励公式

3．2．4 基于兴趣簇与声望改进的Gnutella激励模型

3．3 改进Gnutella仿真结果及分析

3．3．1 仿真环境及参数设置

3．3．2 仿真结果及分析

3．4 本章小结

第4章 基于优先级排队服务改进的Chord激励机制

4．1 Chord激励机制及研究现状

4．1．1 Chord及改进协议简介

4．1．2 Chord中扰动问题

4．1．3 Chord协议激励机制研究现状

4．2 基于优先级排队的Chord激励机制研究

4．2．1 Chord激励公式

4．2．2 基于优先级排队服务的激励机制

4．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第5章 基于动态联盟的对等网络流媒体激励机制

5．1 对等网络流媒体激励机制及研究现状

5．1．1 对等网络流媒体简介

5．1．2 对等网络流媒体激励机制研究现状

5．2 基于动态合作博弈的流媒体激励机制研究

5．2．1 基于马尔可夫随机过程的动态合作博弈

5．2．2 基于动态合作博弈的对等网络流媒体激励模型

5．3 仿真分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况

致谢