CN102594902A - 一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法。该方法提出一种适用于差异化的节点网络状态的BitTorrent节点选择策略，该策略将节点的网络延迟、带宽大小和节点的网络贡献作为节点选择算法unchoke的依据，通过优先向网络中延迟低、带宽高、贡献大的邻居节点提供文件上传服务，有效利用这些良好性能的节点带宽，最终实现减少平均的文件下载时间。通过仿真实验证明了该策略的有效性，表明该策略能够在延迟波动和带宽受限的情况下高效率的实现P2P方式文件共享。

Description

一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法

技术领域

本发明涉及一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法，属于计算机网络传输领域。

背景技术

BitTorrent协议是一种流行的P2P文件共享协议，通过有效地利用所有参与节点的带宽来进行并行下载，BitTorrent可以快速的在广大节点之间分发共享文件。BitTorrent并不集中分配资源，试图最大化自己的下载速率是每个节点自己的责任。BitTorrent的默认的节点选择为Tit-for-Tat，即本地节点根据从邻居节点可以获得的下载速率给予同等的上传回报，也就是要先收到对方的分片，然后再为对方上传分片。

一个好的节点选择策略，对于提高BitTorrent网络的性能非常重要。如果一个网络中节点出现较大的延迟抖动，不均等的带宽大小时，综合节点的链路状态和网络共享进行节点选择，提供差异化的上传服务从而保证系统整体文件共享的效率。

目前主要的节点选择模型有：

BitTorrent协议默认的基于速率的Tit-for-Tat(TFT)模型，每个节点从它可以连接的其他对等节点处下载文件，并根据对方提供的下载速度给予同等的上传回报。

基于全局贡献的节点选择策略，将邻居节点的全局贡献分为直接贡献和间接贡献两种，邻居节点向本节点提供分片上传称为直接贡献，向除本节点之外的其它节点上传的分片数，称为间接贡献，节点的选择将以全局的贡献多少来确定下载服务的优先权。

基于文件可获得性的节点选择模型，根据文件分片副本的数量和拥有该分片的邻居节点的服务质量，选择拥有分片数量最多，上传、下载带宽值较大，逻辑距离近的邻居节点。

基于UTAPS模型的节点选择，利用异构的P2P网络中底层的网络拓扑信息选择节点跳数距离少和往返延迟(RTT)低的邻居节点，使数据交换大多在局部范围进行，但是这种方式可能会导致文件分片以一种波状的方式向外传输，即远处的节点会较难获得稀缺的文件分片。

建立在FPCD模式基础上的节点选择算法，即将BitTorrent协议的节点选择和分片选择进行有机的结合，节点选择之前将统计所有邻居节点的分片拥有情况，找出邻居节点之间最稀缺的文件分片，然后选择unchoke拥有该文件分片并且具有最高下载速率的节点。虽然该方法能极大提高稀缺分片的数量，改善文件共享的效率，但是需要维护多个分片和节点列表，实现起来比较复杂。

GA-BT模型将遗传算法应用到BitTorrent的节点选择策略中，采用可分负载理论模型动态预测最佳或近似最佳的节点调度来最大化文件共享的效率，并降低计算的开销。

节点选择策略取决于文件分片分布、网络状态和节点性能的影响，各种模型都有其适用领域。随着无线通信技术的发展，无线网络逐渐普及，BitTorrent节点选择模型也将根据无线网络特性出现更多的变化。

发明内容

本发明的目的是克服了现有模型方法没有考虑网络节点的链路带宽和链路延迟特征的不足，提供一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法。

基于节点性能的BitTorrent节点选择方法的步骤如下：

1)邻居节点的网络状态包括节点延迟和带宽数值，通过消息交换的方式获取彼此的节点网络延迟和带宽数值；

2)对于邻居节点的上传速率和下载速率的信息则通过本地节点在相应的阻塞算法阶段进行计算；

3)判断本地节点是否完成下载，即是种子节点或者是还在下载的节点，进而选择优先权计算的方法；

4)如果节点是种子结点，则计算所有邻居节点的Trade-Off Index for Seed数值，并作为节点选择算法的优先权Prio；如果节点还未完成下载，则计算该节点的所有邻居节点的Trade-Off Index for Leecher，并作为节点选择算法的优先权Prio；

5)将所有的邻居节点按优先权Prio从大到小进行排序，并建立一个优先权候选节点表；

6)本地节点在阻塞算法阶段unchoke优先权候选节点表中三个具有最大优先权Prio值的邻居节点，并向这三个邻居节点提供分片的上传服务直到阻塞算法阶段结束。

所述的步骤4)为：

1)设有节点i的邻居节点j，记B_j和T_j分别为邻居节点j的网络带宽和链路延迟，U(i，j)和D(i，j)分别是节点i向节点j提供的上传速率和获得的下载速率；

2)若节点i是种子节点，则计算邻居节点j的Trade-Off Index for Seed数值；若节点i还未完成下载，则计算节点j的Trade-Off Index for Leecher值作为优先权Prio；

$\mathrm{TOIS}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}U(i,j)$

$\mathrm{TOIL}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}D(i,j)$

其中TOIS(i，j)为种子节点i的邻居节点j的优先权，TOIL(i，j)为下载节点i的邻居节点j的优先权，K为调整系数。

3)完成所有邻居节点的优先权计算，最终进行排序和节点选择。

本发明通过优先向网络中延迟低、带宽高、贡献大的节点提供文件上传服务，有效利用这些良好性能的节点带宽，降低节点的文件下载时间。

附图说明

图1为本发明基于节点性能的BitTorrent节点选择方法的基本流程图；

图2为本发明基于节点性能的BitTorrent节点选择方法在包含200个节点的网络中的实施结果图；

图3为本发明基于节点性能的BitTorrent节点选择方法在包含1000个节点的网络中的实施结果图；

具体实施方式

基于节点性能的BitTorrent节点选择方法的步骤如下：

1)邻居节点的网络状态包括节点延迟和带宽数值，通过消息交换的方式获取彼此的节点网络延迟和带宽数值；

2)对于邻居节点的上传速率和下载速率的信息则通过本地节点在相应的阻塞算法阶段进行计算；

3)判断本地节点是否完成下载，即是种子节点或者是还在下载的节点，进而选择优先权计算的方法；

4)如果节点是种子结点，则计算所有邻居节点的Trade-Off Index for Seed数值，并作为节点选择算法的优先权Prio；如果节点还未完成下载，则计算该节点的所有邻居节点的Trade-Off Index for Leecher，并作为节点选择算法的优先权Prio；

5)将所有的邻居节点按优先权Prio从大到小进行排序，并建立一个优先权候选节点表；

6)本地节点在阻塞算法阶段unchoke优先权候选节点表中三个具有最大优先权Prio值的邻居节点，并向这三个邻居节点提供分片的上传服务直到阻塞算法阶段结束。

所述的步骤4)为：

1)设有节点i的邻居节点j，记B_j和T_j分别为邻居节点j的网络带宽和链路延迟，U(i，j)和D(i，j)分别是节点i向节点j提供的上传速率和获得的下载速率；

2)若节点i是种子节点，则计算邻居节点j的Trade-Off Index for Seed数值；若节点i还未完成下载，则计算节点j的Trade-Off Index for Leecher值作为优先权Prio；

$\mathrm{TOIS}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}U(i,j)$

$\mathrm{TOIL}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}D(i,j)$

其中TOIS(i，j)为种子节点i的邻居节点j的优先权，TOIL(i，j)为下载节点i的邻居节点j的优先权，K为调整系数。

3)完成所有邻居节点的优先权计算，最终进行排序和节点选择。

本发明基于以下理论基础：

1)BitTorrent的节点选择策略从邻居节点中选出三个有效的节点，并在下一个执行阻塞算法阶段只为这三个节点提供分片的上传服务；

2)不考虑BitTorrent网络的节点抖动，节点总数不变，下载节点完成文件下载即成为种子节点；

3)网络中节点的链路带宽和延迟具有明显的差异，并且严重影响文件共享效率；

4)节点之间通过消息通信的方式获取彼此的链路带宽和延迟数值；

如图所示，图1为基于节点性能的BitTorrent节点选择的流程图，节点选择方法的步骤如下：

1)邻居节点间通过消息交换的方式获取彼此的节点网络延迟和带宽数值；

2)在相应的阻塞算法阶段计算邻居节点的上传速率和下载速率；

3)设立假设条件：如果节点是种子结点，计算其所有邻居节点的TOIS并作为节点选择优先权Prio；如果节点还未完成文件下载，则计算其所有邻居节点的TOIL并作为优先权Prio；

4)根据计算结果，将所有的邻居节点按Prio按从大到小进行排序，并在本次阶段阻塞算法阶段选择三个具有最大Prio值的邻居节点并对其提供文件上传服务；

实施例

使用开源的网络仿真软件NS-2，添加BitTorrent协议的实现，并增加新的消息类型使之包含本节点的带宽和延迟状态。使用NS-2数据包级别的事件模拟。每个单位时间内，所有节点采用数据包通信的方式模拟BitTorrent文件下载过程，共享文件大小为100MB。

如图2所示，按照本发明基于节点性能的BitTorrent节点选择方法，对包含200个节点的BitTorrent网络进行评估，其中下载节点199个，种子节点1个。其性能结果好于默认TFT的方式。

如图3所示，按照本发明基于节点性能的BitTorrent节点选择方法，对包含1000个节点的BitTorrent网络进行评估，其中下载节点999个，种子节点1个。其性能结果好于默认TFT的方式。

该方法将节点的链路带宽和链路延迟特征纳入节点选择的因素范围，通过优先向网络中延迟低、带宽高、贡献大的节点提供文件上传服务，有效利用这些良好性能的节点带宽，降低节点的平均文件下载时间，能实现在延迟波动和带宽受限的情况下高效的P2P文件共享。

Claims (2)

1.一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法，其特征在于它的步骤如下：

1)邻居节点的网络状态包括节点延迟和带宽数值，通过消息交换的方式获取彼此的节点网络延迟和带宽数值；

2)对于邻居节点的上传速率和下载速率的信息则通过本地节点在相应的阻塞算法阶段进行计算；

3)判断本地节点是否完成下载，即是种子节点或者是还在下载的节点，进而选择优先权计算的方法；

4)如果节点是种子结点，则计算所有邻居节点的Trade-Off Index for Seed数值，并作为节点选择算法的优先权Prio；如果节点还未完成下载，则计算该节点的所有邻居节点的Trade-Off Index for Leecher，并作为节点选择算法的优先权Prio；

5)将所有的邻居节点按优先权Prio从大到小进行排序，并建立一个优先权候选节点表；

6)本地节点在阻塞算法阶段unchoke优先权候选节点表中三个具有最大优先权Prio值的邻居节点，并向这三个邻居节点提供分片的上传服务直到阻塞算法阶段结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于节点性能的BitTorrent节点选择方法，其特征在于所述的步骤4)为：

1)设有节点i的邻居节点j，记B_j和T_j分别为邻居节点j的网络带宽和链路延迟，U(i，j)和D(i，j)分别是节点i向节点j提供的上传速率和获得的下载速率；

2)若节点i是种子节点，则计算邻居节点j的Trade-Off Index for Seed数值；若节点i还未完成下载，则计算节点j的Trade-Off Index for Leecher值作为优先权Prio；

$\mathrm{TOIS}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}U(i,j)$

$\mathrm{TOIL}(i,j)=K\frac{B_j}{T_j}D(i,j)$

其中TOIS(i，j)为种子节点i的邻居节点j的优先权，TOIL(i，j)为下载节点i的邻居节点j的优先权，K为调整系数。

3)完成所有邻居节点的优先权计算，最终进行排序和节点选择。

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