結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的應(yīng)對(duì)策略研究.pdf

1、P2P技術(shù)是二十一世紀(jì)頭十年最熱的一種網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)，吸引了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及普通用戶的極大關(guān)注，并得到廣泛而深入的研究，但是其中還存在一些沒有解決而又嚴(yán)重影響P2P應(yīng)用的問題。P2P網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)特性就是其中一個(gè)方面，它是指網(wǎng)絡(luò)中成千上萬的節(jié)點(diǎn)頻繁地加入和退出網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的累積效應(yīng)。抖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響是全方位的，它會(huì)導(dǎo)致P2P中節(jié)點(diǎn)所看到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯?shí)際的不一致，網(wǎng)絡(luò)的傳輸、路由查找等性能降低，網(wǎng)絡(luò)無法連接、路由失效等問題。針對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的影

2、響提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，從而增加網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)性能，仍然具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。 P2P網(wǎng)絡(luò)最主要的功能之一就是在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布和共享數(shù)據(jù)，供感興趣的用戶查找和獲取，數(shù)據(jù)的可用性直接影響到 P2P網(wǎng)絡(luò)的推廣和使用。但是，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)遷移，數(shù)據(jù)訪問延遲增大等問題。副本技術(shù)是增加數(shù)據(jù)可用性的主要技術(shù)，但是，抖動(dòng)使得多個(gè)副本節(jié)點(diǎn)可能隨時(shí)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生副本丟失，副本多次遷移等問題，導(dǎo)致副本維護(hù)開銷增大。如何降低數(shù)據(jù)副

3、本的維護(hù)開銷，盡量減少副本的遷移是目前副本維護(hù)中應(yīng)對(duì)抖動(dòng)需要考慮的問題。當(dāng)葉集規(guī)模比較大時(shí)，在副本維護(hù)中容易產(chǎn)生副本分布過于集中的問題。因此，除了考慮減少副本遷移次數(shù)，降低副本維護(hù)開銷外，還需要盡量避免副本分布不均衡。而在抖動(dòng)環(huán)境下，在葉集規(guī)模比較大時(shí)，如何在增加副本穩(wěn)定性的同時(shí)，避免副本過于集中，是我們?cè)谧龈北揪S護(hù)需要兼顧的問題。P2P網(wǎng)絡(luò)要想高效正確運(yùn)行，就必須盡量保證路由表中的節(jié)點(diǎn)都在線。但是，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)使得路由表中的信息經(jīng)常陳舊，

4、有很多看似在線的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)實(shí)際連接時(shí)，卻不在線。在抖動(dòng)情況下，如何減少路由表中失效節(jié)點(diǎn)數(shù)目，盡量保證路由表中節(jié)點(diǎn)都是長(zhǎng)期在線節(jié)點(diǎn)，是路由表維護(hù)中應(yīng)對(duì)抖動(dòng)需要考慮的問題。P2P網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一就是路由查詢功能，但是在抖動(dòng)環(huán)境下，路由查詢中被選中的下一跳節(jié)點(diǎn)可能是短時(shí)長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)或（已下線節(jié)點(diǎn)），從而往往產(chǎn)生路由失效，而路由失效后重連的代價(jià)是正常連接的3-5倍[1]。因此，在路由查詢過程中，應(yīng)盡量選擇穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由消息。而如何選擇下一跳節(jié)點(diǎn)

5、，是在路由查詢時(shí)需要考慮的問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中副本維護(hù)代價(jià)較高，需要頻繁遷移副本的問題，提出基于年齡的副本維護(hù)策略，盡量減少副本遷移次數(shù)。該策略采用本地時(shí)鐘作為參考，將第一次收到新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)消息的時(shí)刻作為新節(jié)點(diǎn)在本節(jié)點(diǎn)的出生時(shí)刻，然后將葉集中節(jié)點(diǎn)按照出生時(shí)刻排序。在需要進(jìn)行副本選擇時(shí)，選擇年齡最大的非副本節(jié)作為副本存放位置。分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略可以以很高的概率選擇到穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)來保存副本，減

6、少隨機(jī)鄰居選擇策略中多次選擇才選擇到穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)的過程。⑵針對(duì)在葉集規(guī)模L比較大（如L>24）時(shí)，結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)的副本維護(hù)既要盡量保證副本的穩(wěn)定性，又要兼顧副本節(jié)點(diǎn)負(fù)載均衡性問題，本文提出基于隨機(jī)因子的副本負(fù)載均衡策略。它在副本選擇時(shí)，首先在葉集中隨機(jī)選擇s個(gè)節(jié)點(diǎn)作為候選節(jié)點(diǎn)集，然后從中選擇年齡最大的非副本節(jié)點(diǎn)作為副本存放位置。分析和模擬實(shí)驗(yàn)表明，在葉集規(guī)模比較大時(shí)，該策略既能減少副本遷移次數(shù)，降低副本維護(hù)開銷，又能避免副本節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡

7、。⑶針對(duì)結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)的路由表中存在很多表面在線而實(shí)際下線的節(jié)點(diǎn)問題，提出基于流行度的路由表維護(hù)策略。該策略基于如下思想：流行度越大的節(jié)點(diǎn)越受歡迎，從穩(wěn)定性角度考慮，其越穩(wěn)定。在操作時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先獲取并保存所有連接到該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)列表，該列表的長(zhǎng)度即為該節(jié)點(diǎn)的流行度。在每次發(fā)送消息時(shí)，同時(shí)將節(jié)點(diǎn)的流行度發(fā)送過去。節(jié)點(diǎn)每收到一條消息，就計(jì)算該消息源節(jié)點(diǎn)落在哪個(gè) k桶中，如果該桶未滿，則直接將該消息源節(jié)點(diǎn)加入到該桶的尾部；如果已滿，則比較

8、桶中最小流行度和消息源節(jié)點(diǎn)流行度哪個(gè)大。如果消息源節(jié)點(diǎn)流行度大，則刪除桶中流行度最小的節(jié)點(diǎn)，并將消息源節(jié)點(diǎn)添加到該 k桶中，否則，k桶不做變動(dòng)。分析和模擬實(shí)驗(yàn)表明，該策略能夠有效降低路由表中的下線節(jié)點(diǎn)數(shù)目。⑷針對(duì)在路由查詢時(shí)經(jīng)常將消息發(fā)送給下線節(jié)點(diǎn)或者短時(shí)長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的問題，本文提出基于比例因子的路由查詢策略。我們首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出在網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定存在的節(jié)點(diǎn)具有一定比例，并且大致均勻地分布于網(wǎng)絡(luò)中。在路由查詢時(shí)，根據(jù)離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)