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《北京邮电大学》 2010年
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P2P系统性能优化若干关键技术研究

何倩  
【摘要】:P2P (Peer-to-Peer)系统为充分利用网络边缘的计算资源提供了一个理想的架构,在内容共享、信息检索、即时通信、协作计算等诸多领域得到广泛应用,被看作是影响因特网未来的重要科技之一。P2P网络对等端的自治性和开放性使得P2P系统更难以进行有效的安全控制,设计工具来简化安全P2P系统的开发部署、提高P2P网络的可监管性,有利于推动P2P系统的进一步发展;P2P流量已经占据互联网最主要的部分,大量的P2P流量给承载网带来了巨大的冲击,严重影响到其他互联网应用的服务质量,优化P2P流量有利于提高承载网带宽的利用率;内容分发速度是P2P系统最重要的性能指标之一,提高分发速度和公平合理性有利于进一步满足P2P的用户体验;高效的P2P应用程序需要用到多进程、多线程等并发技术,先进并发控制方法的研究有利于保障P2P系统的并发性能。基于上述目的,本文从宏观架构到实现细节对P2P系统性能优化若干关键技术展开研究,论文的主要工作包括以下内容: 1.设计了面向P2P的安全服务平台POSSP,以简化安全可控的P2P系统的开发部署。平台包含控制中心覆盖网、跟踪服务覆盖网和共享服务器集群等三个部分,基于分布式散列表技术组织控制中心和跟踪服务覆盖网,基于Web Services提供基本的P2P服务和高级的安全控制功能。新的P2P应用可以在平台上自由的创建,支持快速难以抵赖的对称加密通信,定性分析表明POSSP能够简化安全P2P系统的开发,有效的防止恶意节点、抵抗Dos攻击、实现监管。 2.提出了基于遗传算法的协作缓存转发策略,以优化资源利用,提高P2P整体分发性能、减少P2P网络带宽消耗。首先采用不同网络之间相互转发、就近获取数据的分发机制有效的降低了P2P流量。然后,得出协作缓存转发的多目标约束优化数学模型,指出了相应优化算法的要求,分别设计了单目标遗传算法SOGA和多目标非劣遗传算法NSBGA来求解。NSBGA针对协作缓存转发模型定制了初始化策略和遗传操作算子,比原有多目标约束优化算法有着更好的性能。通过仿真实验做了相关验证分析。 3.提出了状态位置感知的运营商协作P2P流量优化方案SLAOC,以加快内容分发速度、减少P2P跨域流量。SLAOC引入传感器防火墙实现P2P应用的注册分类,有利于实现运营、鼓励P2P用户参与。提出了基于传感器防火墙的距离测算方法,通过拥塞折算算法实现了综合位置和网络连接状态的通信代价评估,信息跟踪服务器基于分布式散列表组成覆盖网为P2P应用提供标准的通信代价查询Web服务。面向Bittorrent,改进了Tracker节点选择、Peer节点选择和上传下载控制等算法,改进算法对流量优化具有通用性。仿真实验表明SLAOC能够在加快P2P用户下载的同时降低跨域流量、自动的对网络拥塞做出减少P2P流量的响应,实现了网络运营商和P2P用户的双赢。 4.从实例出发,系统的定义了并发计算重复问题(CCRP),传统的并发控制方法难以直接消除因并发而导致的计算重复,重复会影响系统的性能。给出了CCRP相关性能指标和判断方法,基于生产者/消费者模型提出了通用并发重复控制机制。给出了单条件、条件交叉两个重复控制算法,算法具有不同的适用范围,都可以作为固定模式来解决CCRP,基于Petri网做了相关性质的证明与仿真。并发程序实验验证了并发重复控制的必要性、有效性和适应范围。该研究基于一般的并发程序进行讨论,所得结论对于数据竞争检测、并发程序设计具有普遍的参考价值。
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