CN101714938B - 对等网络中搭便车行为的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种对等网络中搭便车行为的抑制方法，该方法将网络层逻辑上分为两个层次，一个是策略层，一个是普通层。通过策略层的状态对等体，资源管理对等体，和等级对等体来决策普通层的对等体。来解决P2P网络中搭便车的问题，与过去单一的抑制机制不同，本机制是将客观的处罚机制和大众心理学联合而成的方法，通过使用本发明提出的机制可以很大程度的减少搭便车行为，同时这种机制不会促使节点退出网络，保持了网络的健壮性。

Description

对等网络中搭便车行为的抑制方法

技术领域

本发明是一种在开放网络环境中，主要用于解决P2P网络中搭便车问题的策略性方法，本方法提供了一种更加全面的抑制机制，属于网络对等计算和资源管理技术的交叉应用领域。

背景技术

P2P网络，也称为对等网络，它不是一个全新的概念，实际上它是Internet本质特征的反映，它既是一种信息资源传递交换的模式，也是一种网络结构的思想。它与客户端/服务器的一个本质区别是：在整个P2P网络中，信息资源是在对等实体之间进行对称的双向传输和交换，每一个节点(peer，对等实体)同时具有资源消费者、资源提供者等两方面的功能，拥有对等的权利和义务。P2P是利用Internet网络边缘可用的存储空间、CPU计算能力、信息内容以及人力等资源组织而形成的一种网络应用形式”。P2P网络具有令应用层覆盖(Overlay)拓扑特性；令节点对等性；令节点之间松耦合关系；令节点的异构性；令分布式资源汇聚等特性。P2P网络提供了真实生活中人与人直接进行交流的网络环境，任何人都可以加入网络为其他人提供内容或服务，同时可以从网络中查找并请求他所需要的资源。因此，P2P已经成为了我们日常生活、娱乐和交流的主要应用形式。

随着现有P2P系统的广泛、深入地应用，逐渐暴露出P2P系统的缺陷：P2P系统中缺乏有效的合作和信任机制，无法激励用户更积极地参与系统合作。导致了一些自私行为，如搭便车者(free-rider)和公共物品的悲哀(tragedy of the commons)。free-rider：指节点只使用其他节点提供的资源或服务，而不共享自己的资源。Traged of the：指网络资源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。节点之间的不合作及利己的自私行为严重影响了P2P服务的可用性，因此，过去对搭便车行为采取的主要是激励机制。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种对等网络中搭便车行为的抑制方法，来解决P2P网络中搭便车的问题，与过去单一的抑制机制不同，本机制是将客观的处罚机制和大众心理学联合而成的方法，通过使用本发明提出的机制可以很大程度的减少搭便车行为，同时这种机制不会促使节点退出网络，保持了网络的健壮性。

技术方案：本发明的方法是一种策略性方法，将网络层逻辑上分为两个层次，一个是策略层，一个是普通层。通过策略层的状态对等体，资源管理对等体，和等级对等体来决策普通层的对等体。

下面给出几种特殊的定义：

策略层：能够完成等级计算，资源管理，状态分析，这些相互独立又相互联系的管理功能。

普通层：普通对等体。

等级对等体：主要是根据网络中的节点共享资源和消耗资源，还有其贡献能力，和其在网络中所待的时间因素来计算出节点的服务等级。

状态对等体：主要是根据网络的状态，将提供资源下载服务的节点判定为繁忙状态，和清闲状态。

资源管理对等体：用来保存上传资料的节点共享的资料和同时该节点需要的资源。

一、体系结构

图1给出了本发明的逻辑结构图，与一般的P2P不同，根据节点的状态来决策服务，在服务的同时通过资源管理对等节点，来激励正在享受服务的节点给为他提供服务的节点提供服务。这点主要是利用了投桃报李的大众心理，同时也让受益者知道自己的什么资源对别人是有用的因此可以做到有的放矢。下面对几个部分做具体说明：

1、等级对等体

等级对等体主要功能是通过等级函数Grade(pi，Ci，Ei，Ti)判定P2P网络中节点的等级的和函数Quality(gi)来判定该节点享受服务质量的

Pi是指节点为其他节点提供下载文件大小之和。

Ci是指节点从网络中下载数据大小之和。

Ei是指求节点服务贡献值与节点所能提供的最大带宽之比值的函数。(它对物理上贡献能力低，但尽力做了贡献的节点有利。)

Ti是指计算节点在线时间函数。(有利于留住节点在网络中)

Grade函数与Pi，Ei，Ti成正比，而与Ci成反比，通过该函数最终得到该节点的等级gi。再进一步将gi值传给Quality函数来决策节点应享受受服务的质量。

Quality函数的算法思想是：：(1)我们把每个竞争节点看作一个球体，球体的大小由它的等级值gi来决定，以gi作为球体的半径；(2)当球体大小确定后，在其表面涂色，球面开始涂色面积为ki，则涂色面积占球体总体面积为ki/gi；(3)可以涂色的面积的总量就是服务节点的上传带宽W；(4)每次我们为涂色面积比例最小的球体加色。如果竞争节点所得到带宽已经达到了它下载带宽的最大值，即球体涂色已经完成，或者WB已被分配完，则算法结束。这样等级节点高的节点享受的服务质量就相对的要好一些，实现了付出与回报成正相关。

2、状态对等体

状态对等体主要是用来分析提供服务的节点是处在繁忙状态还是空闲状态，若是繁忙状态，则在请求发起节点的队列中先满足通过等级对等体计算出的等级较高节点的请求。

状态的分析主要是通过状态分析器Analyse(Ni，Di)来判断节点的状态的。其中

Ni是计算节点的物理能力，及带宽的函数。

Di是计算等待服务的节点数量的函数。

状态分析器根据Ni函数和Di函数得出的值进行运算后可得出该节点所处的状态了。

3、资源管理对等体

资源管理对等体主要绑定热心节点提供的贡献资源和所需的资源。当有节点A需要资源通过请求，连接到提供资源节点B后，在传递A所需资源的同时将节点B所需的资源名称一同传给节点A。自愿对等体实现这一过程的主要途径是通过资源函数Resoure(Ui，Bi，Si)来完成的。

Ui是用来记录某个节点C上传的资源记载函数。

Bi是用来记录节点C的IP地址节点的函数。

Si是用来记录节点C所需的资源的名称，或关键字等信息。

对等网络中搭便车行为的抑制方法所包含的步骤为：

请求客户端：

步骤1).请求节点(request node)申请资源，并且资源存在；

步骤2).状态对等体判断共享资源节点(share node)的繁忙状态，当共享资源节点(share node)处于空闲状态时，不考虑他是否是搭便车者，就满足请求者(request node)的需求，跳转到步骤5；

步骤3).当共享资源节点(share node)的状态是繁忙时，等级对等体计算出请求节点(request node)的等级；

步骤4).根据请求节点(request node)的等级，通过等级对等体中的Quality函数来计算请求节点(request node)应分配的带宽，和享受的服务质量，使贡献大的节点享受较好的服务；

步骤5).连接共享资源节点(share node)进行资源下载；

步骤6).当资源下载完后，资源管理对等体查询请求节点(requset node)是否有共享资源节点(share node)所需要的资源，如果没有，跳转到步骤9；

步骤7).当请求节点(request node)有共享资源节点(share node)需要的资源，共享资源节点(share node)连接请求节点(request node)进行下载资源；

步骤8).当资源下载完后，等级对等体主要是根据下载和上传文件的情况和节点服务贡献值与节点所能提供的最大带宽之比值，及节点在线时间长短这些因子来修改请求节点(request node)和共享资源节点(share node)的等级数；修改后跳转到步骤10；

步骤9).等级对等体修改请求节点(request node)的等级数；

步骤10).断开请求节点(request node)和共享资源节点(share node)的连接，此次请求资源过程结束；

服务客户端：

步骤21).共享资源节点(share node)共享资源的同时，资源管理对等体记载他的IP，和拥有的资源，同时还记载该节点所需的资源；

步骤22).等级对等体根据共享资源节点(share node)的贡献来修改他的等级；

步骤23).当请求节点(request node)下载完共享节点(share node)的资源后，跳到步骤6。

有益效果：本发明提出了一种全面的抑制机制，主要解决在P2P网络中搭便车现象，与以前的对搭便车者的抑制机制不同，在该模型中加入资源管理对等体，和改进的等级对等体。使用此方法的抑制机制更加有效。且不会促使节点退出网络影响了网络的健壮性。下面做具体说明：

当节点想下载资源时，首先状态对等体先分析共享资源节点的状态，根据状态的不同做出不同的措施。当共享节点比较闲时，可以满足所有的请求节点，这样可以让资源得到充分的利用，同时在不影响网络的情况下，一些搭便车者也受益，这样搭便车者就不会离开网络。当共享节点比较繁忙时，这时搭便车者的加入就会影响网络的性能了，需要采取一种机制来抑制搭便车者，让那些热心节点先受到服务，这样既可以提高热心节点的贡献精神，也可以让搭便车者向热心节点学习。以往的抑制机制没有这点，他们不考虑共享节点的状态只是根据有效函数来判定节点是否享受服务，即使贡献节点空闲有些节点仍然被屏蔽，这浪费了资源，同时使一些节点退出网络，影响网络的健壮性。

热心节点就是等级比较高的，而搭便车者就是等级比较低的。这是通过等级对等体来计算的，等级函数Grade的好坏直接影响着抑制机制的好坏，该发明的等级函数考虑的方面比较周全，核心思想是根据节点已做出的贡献，确定它能够享受服务的能力，贡献越小的节点，从网络中查询，下载信息资源的能力就越弱。同时还考虑到一些节点由于物理接入方式局限，决定了它的下载和上传很难达到平衡，如果直接根据上下载数据大小计算等级，一个竭尽全力为其它节点提供服务的节点可能还是被认为是搭便车这，从而它的下载请求可能遭到拒绝或降低服务等级。因此等级函数应充分考虑对等网络节点在软硬件配置和物理网络接入环境方面存在的客观差异。等级函数Grade中的Ei体现了这点。另一方面也考虑到Grade函数如果太苛刻了，那么很多搭便车的节点都会离开网络，影响网络的健壮性，通过Ti函数来激励节点不离开网络，他停留的时间越长有助于提高节点的等级，但这部分在影响节点的等级值上的作用很小，主要的还是根据Grade函数中的Pi和Ci来决定，同时考虑Ti的值。以前的抑制机制中的有效函数只是考虑了其中的某一部分都不是很全面。该发明将这些影响因素都综合到一起去考虑，比较全面。

资源管理对等体的引进可以利用一种大众心里，人们都愿意为帮助自己的人而服务，使那些在享受服务的的节点(包括搭便车节点)明白正在为他服务的节点也需要他的帮助，这样即满足了别的节点的需要同时也减少了搭便车节点。同时资源管理体还可以让网络中的节点明白什么资料是对别人有价值的，这让他们提供资料时可以有的放矢了。同以往的对搭便车抑制机制相比较而言资源管理对等体是个全新的概念。

附图说明

图1P2P网络逻辑结构图。

图2节点共享资源过程的逻辑图。

图3对等网络中搭便车行为的抑制方法流程图示意。

具体实施方式

为了方便描述，我们假定有如下应用实例：

一个P2P节点A请求资源C，当网络中存在资源C时。

执行步骤如下：

请求客户端：

步骤1).节点A申请资源C，节点B拥有资源C；

步骤2).状态对等体判断节点B的繁忙状态，当节点B处于空闲状态时，不考虑节点A是否是搭便车者，就满足节点A的需求，跳转到步骤5；

步骤3).当节点B的状态是繁忙时，等级对等体计算出节点A的等级；

步骤4).根据节点A的等级，通过等级对等体中的Quality函数来计算节点A应分配的带宽，和享受的服务质量，使贡献大的节点享受较好的服务；

步骤5).连接节点B进行资源下载；

步骤6).当资源C下载完后，资源管理对等体查询节点A是否有节点B所需要的资源D，如果没有，跳转到步骤9；

步骤7).当节点A有节点B需要的资源D，节点B连接节点A进行下载资源；

步骤8).当资源D下载完后，等级对等体主要是根据下载和上传文件的情况和节点服务贡献值与节点所能提供的最大带宽之比值，及节点在线时间长短这些因子来修改节点A和节点B的等级数；修改后跳转到步骤10；

步骤9).等级对等体修改节点A的等级数；

步骤10).断开节点A和节点B的连接，此次请求资源过程结束；

服务客户端：

步骤21).节点B共享资源C的同时，资源管理对等体记载他的IP，和拥有的资源，同时还记载节点B所需的资源；

步骤22).等级对等体根据节点B的贡献来修改他的等级；

步骤23).当节点A下载完节点B的资源后，跳到步骤6。

Claims (1)

1.一种对等网络中搭便车行为的抑制方法，其特征在于该方法所包含的步骤为：

请求客户端：

步骤1).请求节点申请资源，并且资源存在；

步骤2).状态对等体判断共享资源节点的繁忙状态，当共享资源节点处于空闲状态时，不考虑其是否是搭便车者，就满足请求节点的需求，跳转到步骤5；

步骤3).当共享资源节点的状态是繁忙时，等级对等体计算出请求节点的等级：等级对等体主要功能是通过等级函数Grade(pi，Ci，Ei，Ti)判定P2P网络中节点的等级

Pi是指节点为其他节点提供下载文件大小之和，

Ci是指节点从网络中下载数据大小之和，

Ei是指求节点服务贡献值与节点所能提供的最大带宽之比值的函数，

Ti是指计算节点在线时间函数，

Grade函数与Pi，Ei，Ti成正比，而与Ci成反比，通过该函数最终得到该节点的等级gi；

步骤4).根据请求节点的等级，通过等级对等体中的Quality函数来计算请求节点应分配的带宽，和享受的服务质量，使贡献大的节点享受较好的服务；

步骤5).连接共享资源节点进行资源下载；

步骤6).当资源下载完后，资源管理对等体查询请求节点是否有共享资源节点所需要的资源，如果没有，跳转到步骤9；

步骤7).当请求节点有共享资源节点需要的资源，共享资源节点连接请求节点进行下载资源；

步骤8).当资源下载完后，等级对等体根据下载和上传文件的情况和节点服务贡献值与节点所能提供的最大带宽之比值，及节点在线时间长短这些因子来修改请求节点和共享资源节点的等级数；修改后跳转到步骤10；

步骤9).等级对等体修改请求节点的等级数；

步骤10).断开请求节点和共享资源节点的连接，此次请求资源过程结束；

服务客户端：

步骤21).共享资源节点共享资源的同时，资源管理对等体记载共享资源节点的IP，和拥有的资源，同时还记载该节点所需的资源；

步骤22).等级对等体根据共享资源节点的贡献来修改它的等级；

步骤23).当请求节点下载完共享资源节点的资源后，跳到步骤6；

其中：

等级对等体：主要是根据网络中的节点共享资源和消耗资源，还有其贡献能力，和其在网络中所待的时间因素来计算出节点的服务等级；

状态对等体：主要是根据网络的状态，将提供资源下载服务的节点判定为繁忙状态，和清闲状态；

资源管理对等体：用来保存上传资料的节点共享的资料和同时该节点需要的资源；

Quality函数的算法思想是：

1.我们把每个竞争节点看作一个球体，球体的大小由它的等级值gi来决定，以gi作为球体的半径；

2.当球体大小确定后，在其表面涂色，球面开始涂色面积为ki，则涂色面积占球体总体面积为ki/gi；

3.可以涂色的面积的总量就是服务节点的上传带宽W；

4.每次为涂色面积比例最小的球体加色。

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