CN102148877A - 一种基于层次化可导航网络的p2p协议 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于层次化可导航网络的P2P协议，包括节点加入与路由；所述节点加入：加入节点j首先通过引导机制获得P2P协议中的一个随机引导节点s；然后，从节点s到节点j执行路由操作；所述路由：步骤一：加入节点j被加入到所有路由中继节点r或节点s的h-距离邻居节点列表，中继节点r被加入节点j的h-距离邻居节点列表；步骤二：每个中继节点r的所有邻居节点被加入到节点j的相应距离邻居节点列表；步骤三：如果前两个动作执行之前，中继节点r的h-距离邻居节点列表为空，则节点j被加入到节点r的距离小于h的所有邻居节点的h-距离邻居节点列表中；节点j的所有h距离节点知道节点j。本发明稳定性好。

Description

一种基于层次化可导航网络的P2P协议

技术领域

本发明涉及一种P2P协议，特别涉及一种基于层次化可导航网络的P2P协议。

背景技术

目前，P2P网络主要性能指标的复杂度无法完全达到对数级别，P2P技术已经成为互联网的重要组成部分，甚至很多人已经认为P2P技术将成为未来互联网的发展方向；P2P应用的流行源于P2P技术所提供的无限服务能力、低廉的成本和良好的服务稳定性；在P2P文件共享系统中，内容发布功能被开放给每一个peer端，极大地丰富了系统的内容，从而吸引了大量新用户；随着P2P技术的快速发展，P2P技术进一步得到发展，但P2P技术的普及破坏了传统的网络业务访问模型，对P2P技术的继续发展设置了障碍。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于层次化可导航网络的P2P协议。

为实现上述目的，本发明的具体方案为：

一种基于层次化可导航网络的P2P协议，包括节点加入、节点退出以及路由。

每个节点具有一个在[0，2H)之间均匀分布的H个比特位的标识符；节点的所述标识符代表着该节点在树T(H)的叶子节点集中的位置；每个节点维护H-1个邻居节点列表，其中第h(1＜＝h＜＝H-1)个列表中的邻居节点和该节点的距离为h，该列表被称为h-距离邻居节点列表。

所述的节点加入为：加入节点j首先通过引导机制获得P2P协议中的一个随机引导节点s；然后，从节点s到节点j执行路由操作。

所述的路由为：步骤一：加入节点j被加入到所有路由中继节点r或节点s的h-距离邻居节点列表，中继节点r被加入节点j的h-距离邻居节点列表；步骤二：每个中继节点r的所有邻居节点被加入到节点j的相应距离邻居节点列表；步骤三：如果前两个动作执行之前，中继节点r的h-距离邻居节点列表为空，则节点j被加入到节点r的距离小于h的所有邻居节点的h-距离邻居节点列表中；节点j的所有h距离节点知道节点j。

本发明中，所述路由的算法为：

算法1：引导节点s开始以加入节点j为目标节点进行路由；

步骤：

将引导节点s作为中继节点r

while(中继节点r！＝目标节点j){

h＝节点r和节点j之间的距离

if(03and节点r的h-距离邻居节点列表为空)

将节点j加入所有和节点r距离小于h的节点的h-距离邻居节点列表，

将节点j加入节点r的h-距离邻居节点列表；

if

将节点r加入节点j的h-距离邻居节点列表

else

将节点r及其所有邻居节点加入节点j的相应邻居节点列表，

从节点r的h-距离邻居节点列表中选择和节点j的距离最近的节点作为下一跳中继节点r

}。

本发明中，所述h为节点j和中继节点r的距离。

本发明的有益效果是：本发明中的所有节点被认为是一颗完全二叉树上均匀分布的叶子节点，任意两个节点之间的距离定义为这两个节点在二叉树中的最低共同祖先节点的高度；对于该P2P协议中的每个节点，如果存在和它距离为h的节点，则至少保证其中的一个节点作为该节点的邻居节点，该P2P协议的平均路由路径长度为(log2N)/2，路由成功率为100％，节点平均度数为(log2N)，节点加入P2P协议时所需发送的消息个数是(log2N)/2；与之前的主要P2P网络相比，该P2P协议的优点是性能指标的复杂度都是对数量级，稳定性好。

附图说明

图1为树T(H)的等腰三角特性示意图。

具体实施方式：

为了使本发明的技术手段、创作特征与达成目的易于明白理解，以下结合具体实施例进一步阐述本发明

本发明的一种基于层次化可导航网络的P2P协议，包括节点加入、节点退出以及路由。

本发明中，层次化可导航网络模型；

首先，定义一个完全二叉树T(H)，该树具有2H个叶子节点，高度为H，其中叶子节点的高度为0，根节点的高度为H-1；对于任意两个叶子节点u和v，定义它们之间的距离h(u，v)为它们在树T(H)中的最低共同祖先节点的高度；在这样的距离定义下，树T(H)具有等腰三角特性：如图1所示，对于任何叶子节点u，所有和u的距离为h的叶子节点集内的节点之间的距离都小于h。

其次，定义层次化可导航网络模型G(N，H，k)，该网络模型G(N，H，k)为：

图G具有N个节点，这些节点均匀分布在树T(H)的叶子节点集合中。

对于图G中任何节点u，定义与其距离为h的节点集合为Vu(h)；尽量保证Vu(h)中有k个节点被选择作为节点u的h-距离邻居节点，即：如果|Vu(h)|小于等于k，则将Vu(h)中所有节点作为节点u的h-距离邻居节点；如果|Vu(h)|大于k，则从Vu(h)中随机选取k个节点作为节点u的h-距离邻居节点；特别的，如果k＝1，则网络模型G(N，H，k)被称为G(N，H，1)。

再次，定义层次化可导航网络模型G(N，H，k)中的贪婪路由策略：每个节点选择与目标节点距离最近的邻居节点作为路由的下一跳节点；如果有多个邻居节点和目标节点的距离相等，则从中选取和本节点距离最远的节点。

命题1：G(N，H，1)的节点平均度数为log2N，平均路由路径长度为log2N/2。

命题2：当k＜＜H时，G(N，H，k)的节点平均度数约为klog2N，平均路由路径长度约为log2N/(log2k+1.33)。

证明：

G(N，H，k)中节点间距离的期望值为log2N-1，定义Δh为路由时每跳所减少的节点间距离的期望值，那么：平均路由路径长度＝log2N-1/Δh，下面计算每跳所减少的节点间距离的期望值Δh，对于任意节点u(可以是源节点或中继节点)和目标节点w，如果u和w之间的距离为h，定义与节点u距离为h的节点集合为Vu(h)，根据G(N，H，k)的定义和树T(H)的等腰三角特性，有：节点u的所有h-距离邻居节点和节点w都属于Vu(h)，它们之间的距离都小于h。根据G(N，H，k)的定义，当h＞k时，节点u的h-距离邻居节点的个数为k个。根据贪婪路由策略，将从这k个邻居节点中选择和目标节点距离最近的节点作为下一跳节点。问题转化为这k个节点和目标节点w的最小距离的期望值，h与该值的差就是每跳所减少距离的期望值Δh。

最后，Vu(h)的期望值E(Vu(h))＝N/2H-h，Vu(h)中任意一个节点v和目标节点w的距离小于δ(1＜＝δ＜＝h)的概率为：

Pr[d(v，w)＜δ]＝2^δ-h，

Vu(h)中任意k个节点和目标节点w的距离小于δ(1＜＝δ＜＝h)的概率为：Pr[min{d(v，w)}＜δ]＝1-(1-2^δ-h)^k，

Vu(h)中任意k个节点和目标节点w的距离等于δ(1＜＝δ＜＝h)的概率为：Pr[min{d(v，w)}＝δ]＝(1-2^δ-h)^k-(1-2^δ+1-h)^k，

期望值为： $E(\min d(v,w)=\mathrm{\δ})=\underset{\mathrm{\δ}=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\δ}({(1-2^{\mathrm{\δ}-h})}^k-{(1-2^{\mathrm{\δ}+1-h})}^k),$

每跳所减少距离的期望值Δh＝h-E(min d(v，w)＝δ)，可得Δh；log₂k+1.33；特别地，当k＝1时，Δh＝2。

本发明所述的一种基于层次化可导航网络的P2P协议，包括节点加入、节点退出以及路由。

所述的节点加入为：加入节点j首先通过引导机制获得P2P协议中的一个随机引导节点s；然后，从节点s到节点j执行路由操作。

所述的路由为：

步骤一：加入节点j被加入到所有路由中继节点r或节点s的h-距离邻居节点列表，中继节点r被加入节点j的h-距离邻居节点列表；

步骤二：每个中继节点r的所有邻居节点被加入到节点j的相应距离邻居节点列表；

步骤三：如果前两个动作执行之前，中继节点r的h-距离邻居节点列表为空，则节点j被加入到节点r的距离小于h的所有邻居节点的h-距离邻居节点列表中；节点j的所有h距离节点知道节点j。

其中，所述路由的算法为：

算法1：引导节点s开始以加入节点j为目标节点进行路由；

步骤：

将引导节点s作为中继节点r

while(中继节点r  ！＝目标节点j){

h＝节点r和节点j之间的距离

if(O3and节点r的h-距离邻居节点列表为空)

将节点j加入所有和节点r距离小于h的节点的h-距离邻居节点列表，

将节点j加入节点r的h-距离邻居节点列表；

if

将节点r加入节点j的h-距离邻居节点列表

else

将节点r及其所有邻居节点加入节点j的相应邻居节点列表，

从节点r的h-距离邻居节点列表中选择和节点j的距离最近的节点作为下一跳中继节点r

}。

其中，所述h为节点j和中继节点r的距离。

本发明中的所有节点被认为是一颗完全二叉树上均匀分布的叶子节点，任意两个节点之间的距离定义为这两个节点在二叉树中的最低共同祖先节点的高度；对于该P2P协议中的每个节点，如果存在和它距离为h的节点，则至少保证其中的一个节点作为该节点的邻居节点，该P2P协议的平均路由路径长度为(log2N)/2，路由成功率为100％，节点平均度数为(log2N)，节点加入P2P协议时所需发送的消息个数是(log2N)/2；与之前的主要P2P网络相比，该P2P协议的优点是性能指标的复杂度都是对数量级，稳定性好。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种基于层次化可导航网络的P2P协议，其特征在于：该P2P协议包括节点加入与路由；

所述的节点加入为：加入节点j首先通过引导机制获得P2P协议中的一个随机引导节点s；然后，从节点s到节点j执行路由操作；

所述的路由为：步骤一：加入节点j被加入到所有路由中继节点r或节点s的h-距离邻居节点列表，中继节点r被加入节点j的h-距离邻居节点列表；步骤二：每个中继节点r的所有邻居节点被加入到节点j的相应距离邻居节点列表；步骤三：如果前两个动作执行之前，中继节点r的h-距离邻居节点列表为空，则节点j被加入到节点r的距离小于h的所有邻居节点的h-距离邻居节点列表中；节点j的所有h距离节点知道节点j。

2.根据权利要求1所述的一种基于层次化可导航网络的P2P协议，其特征在于：所述路由的算法为：

算法1，引导节点s开始以加入节点j为目标节点进行路由；

步骤：

将引导节点s作为中继节点r

while(中继节点r！＝目标节点j){

h＝节点r和节点j之间的距离

if(O3and节点r的h-距离邻居节点列表为空)

将节点j加入所有和节点r距离小于h的节点的h-距离邻居节点列表，

将节点j加入节点r的h-距离邻居节点列表；

if

将节点r加入节点j的h-距离邻居节点列表

else

将节点r及其所有邻居节点加入节点j的相应邻居节点列表

从节点r的h-距离邻居节点列表中选择和节点j的距离最近的节点作为下一跳中继节点r

}。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于层次化可导航网络的P2P协议，其特征在于：所述h为节点j和中继节点r的距离。

Images