對等計算拓撲構造及其相關技術的研究.pdf

1、隨著互連網(Internet)的普及、網絡帶寬的大幅增加、Internet端系統(tǒng)計算能力的增強和各種新的應用需求，使得對等計算(Peer-to-Peer computing，簡稱P2P)模式得以興起并迅速成為計算機學術界和工業(yè)界關注的熱點?；赑2P構建的系統(tǒng)一般具有以下特點：每個節(jié)點既可以是服務器，也可以是客戶機?；蛘咄瑫r扮演服務器和客戶機的角色；節(jié)點可以根據需要與其他任意節(jié)點在應用層建立連接。這類系統(tǒng)具有諸多潛在優(yōu)勢，如系統(tǒng)的可擴展

2、性、低成本、資源可用性好和利用率高，而且能夠滿足許多新興的應用需求等。 拓撲構造是P2P研究領域的核心問題。影響P2P拓撲穩(wěn)定性和可用性的關鍵因素不僅體現在拓撲的可擴展性，還嚴重受制于節(jié)點的異構性和網絡的動態(tài)性。有研究表明，影響節(jié)點異構和網絡動態(tài)的關鍵因素在于節(jié)點的主觀參與策略，并且節(jié)點依據其偏好(Preference)在不同領域(Domain)表現出不同的主觀參與策略?？梢杂霉?jié)點所表現出的可信任(Trust)程度來度量其在不同

3、領域主觀參與策略上的差異。 考慮節(jié)點可信度差異的拓撲稱為信任敏感的拓撲(Trust-aware Topologies)，信任敏感的拓撲構造有利于拓撲的公平性和穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的對稱拓撲是非信任敏感的，而現有信任敏感的非對稱拓撲所基于的可信度度量方法過于粗糙，忽略了節(jié)點在不同領域、不同方面上可信度的區(qū)別，同樣不利于拓撲的公平性和穩(wěn)定性，影響到拓撲的使用效率。為了應對這些挑戰(zhàn)，本文提出了基于多粒度信任模型(Multiple-Gra

4、nularity TrustModel)的拓撲結構，并對其相關關鍵技術做了深入分析和研究，工作主要圍繞以下諸方面展開： (1)P2P環(huán)境下的信任機制。為了對P2P系統(tǒng)大量存在的惡意行為進行有效抑制，有必要對P2P環(huán)境下的信任機制進行研究。信任機制包括信任模型和可信度的分布式求解，其中信任模型是拓撲構造的基礎。然而，現有信任模型在可信度計算的粒度和安全性等方面存在諸多問題，需要對此進行深入研究。 (2)結構化P2P的非對稱

5、信任敏感的拓撲結構?，F有非對稱信任敏感的拓撲難以保證拓撲的公平性和有效性，必須進行創(chuàng)新性研究。 (3)非結構化P2P的信任敏感的拓撲構造協(xié)議。現有非結構化P2P拓撲的構造協(xié)議欠缺對拓撲公平性的考慮，并且不能對網絡中存在的某些惡意行為進行有效的抑制。其主要原因在于拓撲進化協(xié)議對節(jié)點可信度的不敏感性，忽略了節(jié)點在不同方面，不同領域中可信度的區(qū)別。信任敏感的拓撲進化協(xié)議有利于提高拓撲的有效性和安全性。 (4)P2P環(huán)境下的搜索

6、算法。良好的搜索算法有利于提高拓撲的使用效率?，F有搜索算法在搜索效率和查詢精度方面存在諸多問題，需要對此進行改進；另外，在諸如P2P文件共享等應用中，用詞歧義性問題仍然存在。查詢擴展技術可以解決用詞歧義性問題并被成功運用于Web搜索引擎中，然而，由于P2P系統(tǒng)的動態(tài)和大規(guī)模分散的特性，在P2P搜索算法中引入相應的查詢擴展方法是具有挑戰(zhàn)性的。 (5)P2P環(huán)境下的訪問控制機制。訪問控制機制依賴于特定的拓撲結構，P2P環(huán)境下的訪問

7、控制必須考慮到節(jié)點的異構性和系統(tǒng)的動態(tài)性，此外，P2P系統(tǒng)一般還具有大規(guī)模分散的特性，這都使得傳統(tǒng)的訪問控制機制在P2P環(huán)境下失去了效用。引入可信度的訪問控制算法能較好的適用于P2P環(huán)境。 其中，(1)是本文工作的基礎，(2)和(3)是基于(1)構造的，但(1)的可信度分布式求解是依賴于(2)的；(4)建立在(2)和(3)的基礎上，(5)建立在(1)、(2)和(3)的基礎上。 本文在上述工作中的主要貢獻如下： (

8、1)提出了一種新的多粒度信任模型MGM，將信任模型的粒度進一步細化，能夠對節(jié)點針對某一具體領域的信任度進行量化。同時探討了可信度求解的收斂性(Convergence)和分布式實現算法，并就可能產生的安全問題給出了具體的解決方法。分析和實驗表明，該模型較已有模型在可信度計算的粒度、迭代的收斂性和模型的安全性等方面有較大的提高。 (2)提出了一種基于多粒度信任模型的結構化拓撲結構MGT(Multiple-GranularityTre

9、e)，使得節(jié)點因可信度的差異而處于拓撲的不同位置，以確保公平性；同時對基于MGT的對象放置和定位機制、容錯機制，以及拓撲構造和維護機制進行了討論。分析和實驗表明，與現有非對稱信任敏感的拓撲相比，MGT在拓撲的公平性和可用性方面有較大的提高。 (3)提出了一種基于多粒度信任模型的針對非結構化P2P拓撲的自適應拓撲構造協(xié)議，該協(xié)議可以針對具體的領域進行拓撲進化，使得節(jié)點因領域可信度的差異在不同的領域拓撲中處于不同的位置，從而體現拓撲

10、的公平性；該協(xié)議同時能對節(jié)點的惡意行為進行有效的抑制，并具有激勵性質，鼓勵節(jié)點提供更好的服務，以獲得更高的回報。分析和仿真表明，該協(xié)議較現有協(xié)議在拓撲的有效性和安全性等方面有較大的提高。 (4)提出了一種有效的P2P環(huán)境下的查詢擴展及其搜索算法。首先利用查詢與文檔的關聯關系構建了LEM查詢擴展方法，然后基于查詢與文檔用詞的直接關聯，構建了HEM查詢擴展方法。同時對LEM和HEM方法所引起的通信開銷及更新問題進行了討論。最后在此基

11、礎上提出了一種基于查詢擴展的P2P搜索算法。實驗及分析表明，查詢擴展及其搜索算法能大大提高搜索的效果。 (5)提出了一種P2P環(huán)境下有效的訪問控制機制。在由葉節(jié)點和超級節(jié)點組成的協(xié)作域(Collaboration community)內采用了基于角色的訪問控制機制，協(xié)作域的加入控制采用了基于信任的投票策略，不同協(xié)作域節(jié)點之間采用了基于信任的訪問控制策略，以形成可信的互操作環(huán)境。與現有方法相比，本文提出的方法是細粒度的、基于內容的