毕业答辩ppt08250403-冀武.ppt
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1、P2P网络激励机制的研究网络激励机制的研究班级:通信工程四班学生:冀武学号:08250403指导老师:陈作汉第三章:P2P激励机制的研究3第一章:P2P网络的介绍1第二章:P2P网络信任管理2第四章:仿真实验46目录5第五章:总结 简单的说,P2P技术是一种用于不同PC用户之间不经过中继设备而直接交换数据或服务的技术。在P2P网络中,每个结点的地位都是相同的,可以同时作为服务使用者和服务提供者,具备了客户端和服务器双重属性。第一章:P2P网络的介绍2010.061.1P2P技术 因特网最基本的TCP/IP协议并没有客户机和服务器的概念,所有的设备都是通信平等的一端,同时具有服务器和客户机的功能
2、,因此我们说P2P技术并不是新概念。P2P技术的思想在计算机网络诞生的早期已经存在,不过受早期计算机性能、资源等因素的限制,大多数连接到因特网上的普通用户并没有能力提供网络服务,从而逐步形成了以少数具有较高处理能力但非常昂贵的服务器为中心的客户机/服务器(C/S)架构。P2P技术再次引起学术界及商界的重视,主要有以下两大因素的影响:一是用户的需求。随着因特网的逐渐普及并深入到人们的日常生活,人们需要更直接、更广泛的信息交流以实现更多的资源和服务共享;二是技术发展。首先是网络技术的发展,网络技术一方面促进Internet在全世界的普及,使越来越多的用户可以实现与Internet的连接,一方面又使
3、Internet接入速度和骨干网的带宽得以大幅度提高,为各种网络应用的发展创造了条件。2010.061.2P2P产生的背景 其次是软硬件技术(特别是芯片技术)的发展,它们使得个人PC在计算能力和存储能力上有了极大提高,计算机性能的提高使各种网络终端具备了一定的网络服务能力,为P2P的应用创造了条件。最后是集中式网络模式所造成的带宽瓶颈以及网络稳定性等方面的问题,这些都迫使人们开始寻求一些新的网络应用模式。P2P技术就是在这样的背景下产生,并一名美国大学生编写的Napster将P2P技术重新带回到了网络世界。P2P网络主要分为以下几类:(1)混合式P2P(2)无结构P2P体系(3)结构化P2P体
4、系1.3P2P技术的主要应用领域1.4P2P网络的分类 目前P2P应用主要分为以下4类:(1)P2P文件下载(2)P2P在视频直播中的应用(3)P2P在其它领域的应用 目前P2P技术还不成熟,限制其发展的因素主要有:版权问题、管理问题、安全性差、垃圾信息、带宽占用和盈利模式。但是其发展还是吸引了众多领域的高度关注。从商业应用来看,目前P2P业界存在两种趋势:扩张与合并。从计算机领域的各大会议、刊物特别是P2P专业会议发表的论文来看,P2P的研究重点已经从核心机制逐渐转向增强机制,目前的研究热点集中在以下几个方面:P2P网络中的语义模糊查询、容错性、拓扑意识与一致性问题、声誉和安全性问题。1.5
5、P2P技术的未来发展 第二章:P2P网络信任管理 基于如何激励节点贡献出其各自资源的前提是给予它们一个相对安全的信任环境,我们讨论了目前比较常见的几种P2P信任管理模型,并指出其各自优劣。P2P信任管理技术的思想是模仿现实社会中的信任建立过程,根据用户之间过去发生的交易行为及其参与节点的反馈信息,对网络中的每个节点给出一个“可信程度”的评价,节点在请求服务时可以根据此评价值来选择“可信”的服务提供者。2.1什么是信任管理2.2信任模型分类 信任模型是信任机制中比较高层的构件,它的作用是保证成员的可信性和资源的可信性,目前存在若干基于P2P环境的信任模型,可以归为以下几类:(一)基于PKI的信任
6、模型(二)使用数据签名的信任模型(三)全局可信度信任模型(四)局部信任模型 第三章:P2P激励机制的研究 在一个典型的P2P网络中,节点不从属与网络中的任何其他实体,而是自我管理并自主决定资源贡献。然而,节点由于固有的理性都希望最大化自己的利益和效用,同时最小化自己对其他节点提供的资源。P2P网络中大量节点做出这种理性选择的结果将是一种困境:P2P网络的效率大幅度降低,绝大部分节点都无法得到正常的服务,即产生了个人利益与系统性能相冲突的搭便车问题。因此,在P2P网络中设计一种激励机制来促使节点提高对系统的资源,从而在节点之间建立一种公平的互相交易环境具有非常重要的意义。3.1P2P激励机制的研
7、究目标 根据激励机制的作用和功能可知,若要在P2P网络中建立一种可行和高效的激励机制,其目标应包含以下几个特征:(一)可扩展性(二)自治性(三)效率(四)健壮性。P2P网络中激励机制的研究不仅包括一整套符合上述研究目标的协议设计,还包括系统仿真或系统实现以进行机制性能的评估。具体而言,主要存在以下几个问题和挑战:(一)如何构建及量化激励机制以促进节点合作(二)如何评估搭便车行为对系统性能的影响(三)如何鼓励节点的直接和间接互惠(四)如何处理新加入节点问题。3.2P2P网络中典型的激励机制 针对搭便车问题,近年来国内外学者研究和发展了不同的激励机制:从是否需要中央服务器来看,可分为基于微支付的模
8、型和基于互惠的模型;从激励机制的可靠性和复杂度方面而言,可以将基于互惠的模型进一步分为基于直接互惠和基于间接互惠(信誉)的模型。实际上,研究人员还提出了包括基于分数、令牌、百分数等其他一些激励机制。从核心思想上讲,这些激励机制均可归入基于微支付,直接互惠和信誉等三种模型的一种。(1)基于微支付的机制 虚拟货币是一种在P2P网络中可流通的标识,用于对网络中的服务或资源进行量化表示。基于微支付的机制核心思想是以虚拟货币作为P2P网络中服务或资源交易的媒介,服务提供节点可以通过中央服务器收取由服务请求节点支付的虚拟货币。实际上虚拟货币体现了对节点贡献的反馈,从而使得节点有积极性去参与合作。文献13首
9、先提出了基于微支付的激励机制,并用博弈论的方法分析证明该机制对防止搭便车问题的有效性。在该机制中,每个节点的下载量、网络带宽、空间消耗和利他特性等参数来表达:通过节点博弈建模得到P2P网络的Nash均衡,在均衡状态下每个节点均采用一种最高等级上传和下载的策略,因此有效的激励节点提供上传服务。节点之间的交易过程可如图3-1所示。微支付机制涉及的中央服务器需要负责维持所有节点的账户,发行和分配虚拟货币以及为节点交易提供安全机制,因此中央服务器负荷较大。考虑到节点同时作为服务提供者和请求者的可能性较大,于是可以从提高系统可靠性和充分利用节点资源出发对基于微支付的激励机制进行改进。图3-1 基于微支付
10、的节点交易 基于微支付的激励机制除了可行性较差外,还存在着以下两个问题:1)隐藏信息问题:目前计算机领域的隐藏信息问题的解决方法主要是采用经济学中的机制设计17,然而如何将机制设计有效合理的应用到P2P网络中还缺乏深入的研究;2)信息不对称问题:该问题在Ad Hoc等其他类型网络中已有了一定的研究,目前主要采取经济学中的委托代理模型来解决18。但如何将该模型和P2P网络的特性结合起来仍然没有得到很好的解决。(二)基于直接互惠的机制 基于直接互惠的机制的基本思想是P2P网络中的服务提供节点在为其他节点提供服务后得到某种直接优惠。这种激励机制首先在文献19中得到体现,。在BitTorrent中,节
11、点在每一次的交易过程中针对向他提供服务的节点给予同等的回报,并且这种互相之间的回报是实时的进行更新。基于直接互惠的激励机制关键在于每个节点对于其他节点历史信息的维护仅存在于一次Session中。也就是说在该次Session结束后,互相提供服务的节点对彼此的贡献情况将一无所知。该机制的简单示意可由下图3-2表示。目前来说,基于直接互惠的激励机制应用范围较小,仅适合一些特定的场合。其原因在于:一方面,P2P网络中缺乏重复的交易即两个节点在长时间内不断进行交易的可能性较小;另一方面,P2P网络中存在着各种节点能力不对称的节点如高性能服务器、PC和PDA等,节点可能由于计算能力所限无法表达自己希望参与
12、贡献的意愿。图3-2 直接互惠机制(三)基于信誉的机制 基于信誉的机制主要是在P2P网络中引入了一个等级的概念,即每一个节点根据自己在网络的历史行为情况获得由网络中与它邻近的其他节点所评价得出的信誉值。在以后的服务或资源交易中,其他节点均根据请求节点的信誉值给予对应等级的回应。该机制与基于直接互惠的激励机制的重要区别是在基于信誉的机制中,某一节点对其他节点的贡献分布式的存储于其他节点的历史记录中,该节点在以后的交易中凭借自己先前对网络做出的贡献获得其他节点提供的资源。基于信誉的激励机制是近年来研究较多的一个方面,最早是在P2P文件共享系统KaZaA22中提出。文献23则首次利用博弈论的思想阐述
13、了基于信誉的激励机制的有效性,它将P2P网络建模为一种非合作的博弈过程,通过设定一个接受请求的概率函数来确定对不同信誉的节点提供不同的服务。这种机制的一个简单示例可由图3-3表示。这种激励机制扩展性更强,适用于P2P网络规模较大,节点的动态性较强并且节点之间重复交易部频繁的应用场合。采用这种机制后,节点在邻居选择方面和拓扑组织方面可以优先选择信誉高的节点,于是参与贡献的节点形成一种集群组织,从而防止搭便车和公共悲剧问题。但该机制需要从第三方获取信息,因此存在着信息的可靠性问题和对信息提供节点的信任问题。此外,如何减少节点间共享交易记录,信誉等产生的大量开销,以及这些信息如何共享也是需要解决的关
14、键问题。除了上述几个问题外,基于信誉的激励机制主要还存在着以下两个关键问题;图3-3 基于信誉的激励机制(1)如何处理whitewashing问题:该问题是指节点在P2P网络中做出一些恶劣行为后,通过重新加入网络的方式来取得新的身份。目前该问题一种可行的解决办法是对新加入者进行惩罚,使得节点无法从一开始就享受较好的服务。(2)如何防止共谋问题:该问题是指如何防止节点之间不存在实际交易的情况下互相连续的给予对方高信誉,从而使双方获益。对于该问题,文献24 25分别设计EigenTrust算法和maxflow算法,通过信任机制和信誉限制来防止共谋行为对P2P网络信誉机制的破坏。(四)三种激励机制的
15、比较 激励机制基于微支付的机制基于直接互惠的机制 基于信誉的机制 可靠性严格控制节点间的交易情况,防搭便车能力较好仅存在于一次服务周期中,防搭便车能力较好存在信誉的计算及安全问题,防搭便车能力一般 扩展性服务器瓶颈问题使得网络扩展性不强节点规模可不断扩大,扩展性较强节点数量不受服务器限制,扩展性较强 复杂度中央服务器的设计非常复杂仅需要每个节点维护与其通信的各个连接维护自己的交易和对其他节点的信誉评估 实用性存在中央服务器及其瓶颈,实用性较差由于节点能力的不对称性及缺乏重复交易,实用性一般较好体现节点的特性及对内容的不同兴趣,实用性较好 使用范围各种网络规模较小的P2P应用长时间session
16、的应用,比如流媒体应用层多播网络规模较大,节点的动态性较强并且节点之间重复交易不频繁的应用表3-4 几种激励机制的比较 如上表3-4所示,在这几种P2P网络激励机制中,基于信誉的模型由于其扩展性和实用性等优势,维持了节点的匿名性和自主性,更加符合对等网络的基本思想。因此,总体来说,我们认为基于信誉的激励机制更加具有研究价值,是未来P2P网络中激励机制研究的一个重要方向。3.3基于贡献值的激励机制模型 针对P2P系统中节点资源共享出现(Free ridding)的现象,提出一种基于贡献值的激励机制模型,节点根据请求者的贡献值分配其资源,同时增加自己的贡献值,从而能够享受更高的服务质量和下载优先级
17、。本模型设计的效用函数包括以下自变量:节点共享资源已被下载的数量、节点从其他节点已下载资源的数量和节点在线时间内提供服务的奖励。节点i的贡献值(Contribution)用C(i)来表示,保存在组节点服务器的相应节点信息里,当节点i向其他节点提供服务,它的C(i)将会增加;当节点i享用了其他节点提供的服务后,它的C(i)将会减少。用DCount(f,i)表示节点i提供的共享资源被下载的数量,其共享资源被下载次数越多,说明它所共享的资源在对等网络中越受欢迎,越具有价值,那么节点的贡献值就越大;用Down(f,i)表示节点i使用其他节点提供的资源,节点自身收益就越大,则它的贡献值就越小。K(t,i
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