P2P对等网络与信任管理方法研究

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近年来,对等(Peer-to-Peer,简称P2P)计算模式由于其特有的优势,得到了非常广泛的应用,在商业、通讯等领域发挥着巨大的作用。P2P系统本质上是一种分布式系统,没有中心服务器,节点既是客户机又是服务器,地位是对等的,主要功能有分布式计算,数据共享,交流和协作等。P2P系统中的各节点互连形成了一种自组织的P2P重叠网络,可以实现特定的功能,为各类P2P应用提供支持,比如在P2P文件共享网络中可以实现文件的定位及下载等功能。然而,P2P网络的多种特性,比如自治性、动态性、异构性等导致了P2P网络中存在两个重大问题,即不可靠的服务质量和Free-riding问题。不可靠的服务质量通常表现为提供虚假的或质量不可靠的服务,影响用户的满意度;Free-riding行为表现为不共享任何文件或共享无效的文件,影响了P2P网络的总体可用资源数量。此外,公共悲剧(tragedy of thecommons)问题也严重影响了P2P网络的健康发展,指的是网络作为一种非排他的公共资源,被大多数P2P节点无节制的使用,这种P2P网络流量的无节制现象已经影响了P2P网络的生存性。   这些问题的存在严重影响了P2P网络的整体可用性。通过信任模型对P2P网络中的节点进行评估,可以度量节点提供服务的能力,并能识别某些恶意行为,从而降低交互过程的风险,是保障P2P网络可用性的有效手段之一。本文结合信任模型,对影响P2P网络可用性的上述问题进行了研究,主要成果包括:   1)提出了一种基于推荐的P2P网络信任模型METrust。METrust中,节点根据与推荐节点的评价标准的相似程度选择推荐,其中节点的评价标准通过AHP(Analytic Hierarchy Process)方法确定。节点在网络中拥有唯一的推荐可信度,并引入了更新幅度和更新力度两个参数来更新推荐可信度。最后METrust给出了节点的信任值求解算法。仿真实验和分析表明,METrust信任模型可以识别恶意节点,有效提高P2P网络的服务质量。   2)提出了一种动态的拓扑构造方法DPT,适用于非结构化P2P网络。DPT为邻居节点设置了可变的TTL(time-to-live)值,并在交互后根据各邻居节点的转发情况对其TTL值进行调整。DPT记录了查询路径上的直接转发节点的连接情况,并给出了转发信息的放置方法。最后DPT结合信任给出了拓扑调整算法。仿真实验和分析表明,DPT拓扑构造方法可以将恶意节点隔离至网络边缘,改善了资源定位的效率,有效提高P2P网络的服务能力。   3)提出了一种基于信任的激励机制TIM,适用于非结构化P2P网络。TIM从多个方面统计了节点转发查询的能力,从而确定节点的查询被转发的范围;通过比较请求节点和服务节点的信誉来决定请求节点获取服务的概率;并在选择响应节点时,优先选择信誉度高的服务节点。本文给出了信息的放置方法及查询转发、服务提供、响应处理三方面的算法。仿真实验和分析表明,激励机制TIM可以有效识别搭便车节点和恶意节点,并促进了节点之间的合作,提高了P2P网络的整体可用性。   4)提出了一种适用于P2P网络的流量管理方法,由旁路阻断机制实现。该方法由速率估计器、连接标记器和阻断分组生成器三个功能部件组成。本文确定了速率估计器的时间窗口的合适取值;提出了一种阻断连接的标记算法;并讨论了构造阻断分组的方法。基于该方法实现了一个P2P网络流量管理系统,并对管理效果进行了验证。实验结果表明,该方法能够精确、灵活地实现P2P网络的流量管理。
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