CN101867608A - 一种集中式块交换p2p文件共享系统及其服务方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集中式块交换P2P文件共享系统及其服务方法，包括：多个节点，所述多个节点周期性地向服务器提供该节点的本地信任值；服务器，用于接收所述多个节点提供的本地信任值并汇总本地信任值来计算该多个节点的全局信任值，根据所述全局信任值为所述多个节点提供区分服务。本发明不仅能使集中式块交换P2P文件共享系统有效抑制节点的自私行为与摇摆行为，提高系统的健壮性；同时能够有效奖励高贡献节点，使高贡献节点获得更快的下载速度，提高系统的公平性。

Description

一种集中式块交换P2P文件共享系统及其服务方法

技术领域

本发明涉及P2P文件传输技术领域，更具体地，本发明涉及一种集中式块交换P2P文件共享系统及其服务方法。

背景技术

集中式块交换P2P文件共享系统主要由服务器和客户端组成，服务器为系统中的共享文件建立一个集中索引，并向客户端发布其他客户端的信息，使客户端间可建立点对点的连接，突破了传统C/S模式的性能瓶颈。图1为集中式块交换P2P文件共享系统的运行流程：步骤1，客户端周期性地向服务器发送注册消息，在其上注册自身的IP地址、端口号等信息；步骤2，服务器收到客户端的注册消息后，向该客户端随机返回定量的其他客户端的信息，包括IP地址、端口号等；步骤3，客户端从服务器的应答中获取其他客户端的IP地址、端口号等信息，分别与这些客户端建立点对点的连接，相互之间以文件块为传输单元，共享文件资源，完成下载任务。

该系统使节点(客户端)间实现直接点对点的文件共享，随着节点的加入，系统整体的资源和服务能力也在同步的扩展，使该系统具有了良好的可扩展性。同时，该系统可有效利用互联网中散布的普通节点，将下载任务分布到分散节点上，提高了网络资源的利用率；由于系统中下载任务是分布在各个节点上的，部分节点遭到破坏对系统产生的影响很小，提高了系统的容错性。

但该系统面临着节点的自私性问题，自私节点(即在下载文件的过程中仅下载而不提供上传的客户端)会通过频繁的与种子节点(拥有完整文件内容的客户端)建立连接，占用种子节点的上传带宽却不为系统提供上传，导致系统中缺少足够的文件资源，在种子节点离开系统后，正常节点无法完成文件下载，降低了系统的健壮性与稳定性。同时，自私节点占用了非自私节点应从种子节点处获得资源的机会，对非自私节点不公平，系统的不公平会削弱节点贡献资源的积极性，同样会降低系统的健壮性与稳定性。

为了解决节点自私性问题，激励机制被引入。现有的激励机制可分为两类：基于直接互惠的激励机制和基于信任值的激励机制。

基于直接互惠的激励机制，即每个节点对向它提供上传服务的节点给予同样的上传回报，如果节点想得到更多的下载带宽，它必须为对方提供更多的上传带宽，从而激励节点提供上传。该机制仅能使下载节点有效抑制其他节点的自私行为，但对于种子节点，由于其不需要从其它节点获取资源，因此该机制对种子节点无法起作用，自私节点仍可以从种子节点获取到文件资源，正常完成文件下载，因此，该机制在系统中存在种子节点的情况下，无法有效抑制节点的自私行为；同时，该机制仅记录节点间的即时交互行为，没有考虑节点间的历史交互行为，无法有效识别并奖励高贡献节点、惩罚自私节点。

基于信任值的激励机制可分为基于局部信任值的激励机制和基于全局信任值的激励机制。在基于局部信任值的激励机制中，节点基于其他节点的局部信任值提供上传服务，但局部信任值无法准确表示节点的实际贡献；基于全局信任值的机制综合了整个网络节点对于某个节点的信任值评价，是比较准确的，但该机制仍存在以下问题：首先，该机制没有考虑系统的性能开销，每次全局信任值的计算都会导致在全网络范围内的迭代，在网络节点数目增加的情况下，计算开销会导致网络性能的下降，因此，该机制缺乏工程上的可行性，无法部署在实际的P2P文件共享系统中；其次，该机制基于结构化的P2P网络，无法直接应用到集中式块交换P2P文件共享系统中。

发明内容

为克服现有技术中集中式块交换P2P文件共享系统中的节点自私性问题，提升系统健壮性和公平性，本发明提供一种集中式块交换P2P文件共享系统及其服务方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种集中式块交换P2P文件共享系统的服务方法，包括：

步骤10)、节点周期性地向服务器提供该节点的本地信任值；

步骤20)、服务器收到该节点提供的本地信任值后，汇总本地信任值来计算该节点的全局信任值；

步骤30)、服务器依据该节点的全局信任值来提供区分服务。

根据本发明的另一个方面，提出了一种集中式块交换P2P文件共享系统，包括：

多个节点，所述多个节点周期性地向服务器提供该节点的本地信任值；

服务器，用于接收所述多个节点提供的本地信任值并汇总本地信任值来计算该多个节点的全局信任值，根据所述全局信任值为所述多个节点提供区分服务。

本申请通过节点计算与其有过资源交互的对等节点的本地信任值并携带在注册消息中发送至服务器，为服务器提供其他节点的贡献信息，为服务器计算节点的全局信任值提供源数据；节点反馈的本地信任值携带在原注册消息中，不会引入多余的信令开销，易于实际部署。

本申请通过服务器依据节点反馈的本地信任值采用加权方式计算节点的全局信任值，并在全局信任值的计算过程中引入了反馈可信度标识节点反馈信息的可信程度，可有效抑制节点进行信任值欺骗，提高信任值的准确性；采用加权计算方式，可有效抑制节点的摇摆行为(即节点由自私状态转而为系统提供上传或节点由上传状态转为自私状态)，提高系统的稳定性。

本申请通过服务器依据节点全局信任值将节点分为三类：低贡献、普通贡献、高贡献节点，服务器为不同贡献度的节点提供有区分的返回策略：为低贡献节点返回同类的低贡献节点；为普通贡献节点返回定量的贡献节点；为高贡献节点加倍返回贡献节点。低贡献节点无法与贡献节点建立点对点连接，进而无法下载文件，有效抑制了节点的自私行为；同时为高贡献节点提供了更多的节点进行连接，提高了其下载速度，有效奖励了高贡献节点。

总之，通过本发明所述的方法，不仅能使集中式块交换P2P文件共享系统有效抑制节点的自私行为与摇摆行为，提高系统的健壮性；同时能够有效奖励高贡献节点，使高贡献节点获得更快的下载速度，提高系统的公平性。本发明所述的方法专门针对于集中式块交换P2P文件共享系统，节点反馈的本地信任值携带在原注册消息中，不会引入多余的信令开销；服务器采用简单的加权方式计算全局信任值，计算开销小，易于实际部署，因此，本发明具有实际可行性。

附图说明

图1示出现有的集中式块交换P2P文件共享的流程图；

图2示出根据本发明实施例的集中式块交换P2P文件共享的流程图；

图3示出本发明方法的实施例第一场景第一部分；

图4示出本发明方法的实施例第一场景第二部分；

图5示出本发明方法的实施例第二场景第一部分；

图6示出本发明方法的实施例第二场景第二部分；

图7示出本发明方法的实施例第二场景第三部分；

图8示出本发明方法的实施例第二场景第四部分；

图9示出本发明方法的实施例第三场景第一部分；

图10示出本发明方法的实施例第三场景第二部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种集中式块交换P2P文件共享系统及其服务方法进行详细描述。

现有在集中式块交换P2P文件共享系统中，服务器采用随机返回策略为节点返回等量的节点信息，本发明对返回策略进行了改进，提出了基于节点全局信任值的区分服务。

图2示出根据本发明实施例的集中式块交换P2P文件共享系统的服务方法的流程图。如图2所示，本发明的方法包括如下步骤。

1、节点向服务器提供其他节点的本地信任值

节点每隔t向服务器提供在t时间内与其交互的节点的本地信任值，以本地信任值表示节点的局部贡献。本地信任值以对等节点的上传量与下载量的差值作为度量。对于自私节点，其上传量远小于下载量，其本地信任值为负值。

2、服务器依据本地信任值计算节点的全局信任值

服务器收到节点提供的本地信任值信息后，将汇总本地信任值信息来计算节点的全局信任值，以表示节点的全局贡献度，全局信任值的计算过程如下：

为了抑制节点进行信任值欺骗，服务器引入了反馈可信度θr表示节点提供的本地信任值的可信程度。一个节点提供的信任值的反馈可信度以该信任值与其他节点提供的信任值的差异度来衡量，如果节点提供的信任值与大多数节点提供的值差距越大，说明该值越不可信。

服务器结合本地信任值和该值对应的反馈可信度来计算节点的近期信任值GT_j(t)(LT_ij(t)表示节点的本地信任值，θr表示该值对应的反馈可信度)：

$\mathrm{GTj}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\θi}*L{T}_{\mathrm{ij}\left(t\right)}$

计算节点全局信任值

为了抵御节点的摇摆行为(即节点由自私状态转而为系统提供上传或节点由上传状态转为自私状态)，服务器对全局信任值的计算采用近期信任值与上次计算的全局信任值的加权。如果上次计算的全局信任值与节点的近期信任值的差大于ε(ε为差距允许范围)，表明节点的近期信任值突然下降，加大近期信任值所占权重，使全局信任值更接近于突然降低的节点近期信任值；否则，全局信任值采用取平均值计算方式，这样，当节点的近期信任值突然升高时，节点的全局信任值不会随之突然上升。这符合信任值的建立规律：信任是缓慢增加、快速减小的。

3、服务器依据节点的全局信任值提供区分服务

服务器将全局信任值作为评价节点贡献的标准，并依据该值将节点分为三类：低贡献、普通贡献、高贡献节点。服务器为不同贡献度的节点提供有区分的返回策略：为低贡献节点返回同类的低贡献节点；为普通贡献节点返回定量的贡献节点；为高贡献节点加倍返回贡献节点。该策略使低贡献节点无法与贡献节点建立点对点连接，进而无法下载文件，有效抑制了节点的自私行为；同时为高贡献节点提供了更多的节点进行连接，提高了其下载速度，有效奖励了高贡献节点。

为进一步说明本发明的方法，以下三个具体示例实施例，对应于不同类别的节点，给出具体的运行机制。

在第一个实施例中，本发明提供了一种集中式块交换P2P文件共享系统中的基于全局信任值的区分服务方法，该方法用于在集中式块交换P2P文件共享系统中存在多个自私节点的场景，针对这一场景，能够隔离自私节点，有效抑制节点的自私行为。此处自私节点是仅从其他节点下载资源却不提供上传服务的节点。

附图3和附图4为实施场景，该场景中，A1、A2、A3为自私节点，其中A1、A2为集中式块交换P2P文件共享系统中已存在的低贡献节点，A3为新加入系统的自私节点；B1、B2、B3为系统中的普通贡献节点；C1、C2为高贡献节点。

步骤1，A3进入系统，其首先向服务器发送注册信息。

步骤2，由于A3首次加入，服务器收到其注册消息后，将其全局信任值置为默认值，将其归为普通贡献节点，服务器依据区分服务机制，将为A3返回节点列表：B1、B2、B3。

步骤3，A 3收到服务器的注册应答后，从中提取出节点信息，与B1、B2、B3建立连接，从这些节点处获取资源但不为B1、B2、B3提供上传服务。

步骤4，B1、B2、B3处计算出的A3的本地信任值均小于0，B1、B2、B3将A3的本地信任值发送给服务器。

步骤5，服务器将依据本发明中的全局信任值计算模型计算A3的全局信任值，由于B1、B2、B3反馈信息均为负值，因此A3的全局信任值小于0，此时A3属于低贡献节点。

步骤6，A3周期性的再次向服务器发送注册信息。

步骤7，服务器依据A3的全局信任值判定其为低贡献节点，为其返回低贡献节点A1、A2。

步骤8，A3与A1和A2进行连接，使A3仅与低信任节点进行交互，由于A1、A2和A3均不贡献上传带宽，因此彼此间都无法完成下载。

在第一实施例中可见，本发明能有效地将正常节点与自私节点进行隔离，有效抑制了节点的自私行为。

在第二实施例中，本发明提供了一种集中式块交换P2P文件共享系统中的基于全局信任值的区分服务方法，该方法用于在集中式块交换P2P文件共享系统中存在摇摆节点的场景。针对这一场景，能够有效抑制节点的摇摆行为。此处的摇摆节点是指策略性的行为改变的节点。

其中一类摇摆节点指节点利用一段时间良好的贡献“表现”获取信任后突然实施自私行为。附图5和附图6为实施场景，该场景中，A1、A2为集中式块交换P2P文件共享系统中已存在的低贡献节点；B1、B2、B3、B4为系统中的普通贡献节点；C1、C2为高贡献节点。B1节点突然改变了其策略，不再为节点提供上传服务，企图通过之前的良好“表现”继续从B2、B3、B4处获取文件资源。

步骤1，B2、B3、B4周期性向服务器发送注册信息，其中携带了这些节点反馈的B1的本地信任值，由于B1不再提供上传，因此B2、B3、B4反馈的B1的本地信任值均小于0。

步骤2，服务器收到注册信息后，从中提取出反馈信息并计算B1的近期信任值，这时计算出的B1的近期信任值小于0，由于服务器保存的上次全局信任值大于0，由此识别节点B1的信任度突然下降，B1的全局信任值更接近小于0的近期信任值。B1节点从普通贡献节点变为了低贡献节点。

步骤3，B1周期性的再次向服务器发送注册信息。

步骤4，服务器依据B1的全局信任值判定其为低贡献节点，于是为其返回低贡献节点A1、A2。

步骤5，B1与A1和A2进行连接，由于A1、A2均不贡献上传带宽，因此B1无法完成下载。

由此可见，节点企图通过之前的良好“表现”继续从B2、B3、B4处获取文件资源的目的没有达成。

另一类摇摆节点是指节点在一段时间的自私行为后，突然提供上传服务，企图掩盖其之前的自私行为。附图7和附图8为实施场景，该场景中，A1、A2、A3为集中式块交换P2P文件共享系统中已存在的低贡献节点；B1、B2、B3为系统中的普通贡献节点；C1、C2为高贡献节点。A3节点突然改变了其策略，由之前自私节点转为为节点提供上传，企图掩盖其之前的自私行为并从B1、B2、B3处获得资源。

步骤1，A3节点突然为A1和A2节点提供上传，A1、A2节点计算A3的本低信任值均大于0，A1、A2将计算出的本低信任值反馈给服务器。

步骤2，服务器收到反馈信息后，计算A3的近期信任值，发现其信任值突然升高，服务器采用平均值方式计算其全局信任值，使该值不会立即升高，因此A3依旧是低贡献节点。

步骤3，A3周期性的再次向服务器发送注册信息。

步骤4，服务器依据A3的全局信任值判定其为低贡献节点，为其返回低贡献节点A1、A2。

由此可见，节点并未因突然的上传行为立即获得更好的服务质量，节点如果想获得较高的下载速度，必须凭借多次贡献的积累才能达成。

在第二实施例中可见，本发明能有效地抑制节点策略性的行为改变，惩罚自私节点。

在第三实施例中，本发明提供了一种集中式块交换P2P文件共享系统中的基于全局信任值的区分服务方法，该方法用于在集中式块交换P2P文件共享系统中存在高贡献节点的场景，针对这一场景，能够有效奖励高贡献节点，提高系统的公平性。

附图9和附图10为实施场景，该场景中，E1、E2、E3为高贡献节点，其中E1、E2为系统中已存在的高贡献节点，E3为新加入系统的具有潜在高贡献度的节点；B1、B2、B3为系统中的普通贡献节点。

步骤1，E3进入系统，其首先向服务器发送注册请求。

步骤2，由于E3首次加入，服务器收到该请求后，将其全局信任值置为默认值，将其归为普通贡献节点，服务器依据区分服务机制，将为E 3返回节点列表：B1、B2、B3。

步骤3，E3收到服务器的注册应答后，从中提取出节点信息，与B1、B2、B3建立连接，从这些节点处获取资源并为B1、B2、B3提供上传服务。

步骤4，由于E3的高贡献，B1、B2、B3计算出的E3本地信任值均较大，B1、B2、B3将信任值反馈给服务器。

步骤5，服务器将依据本发明中的全局信任值计算模型计算E3的全局信任值，此时E3属于高贡献节点。

步骤6，E3周期性的再次向服务器发送注册信息。

步骤7，服务器依据E3的全局信任值判定其为高贡献节点，服务器为其加倍返回的贡献节点E1、E2、B1、B2、B3。

步骤8，E3与E1、E2、B1、B2、B3进行连接，加快了E3的下载速度。

在第三实施例中可见，本发明能有效地奖励高贡献节点，提供高贡献节点的下载速率。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (18)

1.一种集中式块交换P2P文件共享系统的服务方法，包括：

步骤10)、节点周期性地向服务器提供该节点的本地信任值；

步骤20)、服务器收到该节点提供的本地信任值后，汇总本地信任值来计算该节点的全局信任值；

步骤30)、服务器依据该节点的全局信任值来提供区分服务。

2.权利要求1的方法，其中，步骤10)包括：

节点通过与其它对等节点的资源交互来计算该节点的本地信任值并通过注册消息发送至服务器。

3.权利要求2的方法，其中，步骤10)中，本地信任值表示节点的局部贡献，以对等节点的上传量与下载量的差值作为度量。

4.权利要求1的方法，其中，步骤20)中，服务器依据该节点的本地信任值采用加权方式并引入反馈可信度来计算该节点的全局信任值。

5.权利要求4的方法，其中，步骤20)包括：

步骤210)、服务器结合本地信任值和该值对应的反馈可信度来确定该节点的近期信任值；

步骤220)、服务器采用所述近期信任值与上次计算的全局信任值的加权来计算全局信任值。

6.权利要求5的方法，其中，步骤210)中，所述近期信任值

其中，LT_ij(t)表示节点的本地信任值，θr表示该值对应的反馈可信度，所述反馈可信度θr值该本地信任值与其他节点提供的信任值的差异来表示该节点提供的本地信任值的可信程度。

7.权利要求5的方法，其中，步骤220)中，当上次计算的全局信任值与节点的近期信任值的差大于差距允许范围时，加大近期信任值所占权重，使全局信任值接近于突然降低的节点的近期信任值；否则，全局信任值采用取平均值的方式来计算。

8.权利要求1的方法，其中，步骤30)包括：服务器依据节点全局信任值将节点划分为不同贡献度的节点，并且为不同贡献度的节点提供有区分的返回策略。

9.权利要求8的方法，其中，步骤30)包括：服务器依据节点全局信任值将节点分为低贡献、普通贡献和高贡献节点，并且为不同贡献度的节点提供的返回策略包括：为低贡献节点返回同类的低贡献节点，为普通贡献节点返回定量的贡献节点；为高贡献节点加倍返回贡献节点。

10.权利要求1的方法，其中，步骤10)中，新的节点进入系统时，首先向服务器发送注册信息，服务器收到其注册消息后，将其全局信任值置为默认值，将其归为普通贡献节点，返回定量的贡献节点。

11.一种集中式块交换P2P文件共享系统，包括：

多个节点，所述多个节点周期性地向服务器提供该节点的本地信任值；

服务器，用于接收所述多个节点提供的本地信任值并汇总本地信任值来计算该多个节点的全局信任值，根据所述全局信任值为所述多个节点提供区分服务。

12.权利要求11的系统，其中，所述节点通过与其它对等节点的资源交互来计算该节点的本地信任值并通过注册消息发送至服务器。

13.权利要求12的系统，其中，本地信任值表示节点的局部贡献，以对等节点的上传量与下载量的差值作为度量。

14.权利要求11的系统，其中，所述服务器结合本地信任值和该值对应的反馈可信度来确定该节点的近期信任值；所述服务器采用所述近期信任值与上次计算的全局信任值的加权来计算全局信任值。

15.权利要求14的系统，其中，所述近期信任值

其中，LT_ij(t)表示节点的本地信任值，θr表示该值对应的反馈可信度，所述反馈可信度θr值该本地信任值与其他节点提供的信任值的差异来表示该节点提供的本地信任值的可信程度。

16.权利要求14的系统，其中，当上次计算的全局信任值与节点的近期信任值的差大于差距允许范围时，加大近期信任值所占权重，使全局信任值接近于突然降低的节点的近期信任值；否则，全局信任值采用取平均值的方式来计算。

17.权利要求11的系统，其中，所述服务器依据节点全局信任值将节点划分为不同贡献度的节点，并且为不同贡献度的节点提供有区分的返回策略。

18.权利要求17的系统，其中，所述服务器依据节点全局信任值将节点分为低贡献、普通贡献和高贡献节点，并且为不同贡献度的节点提供的返回策略包括：为低贡献节点返回同类的低贡献节点，为普通贡献节点返回定量的贡献节点；为高贡献节点加倍返回贡献节点。

Images