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P2P网络的动力学建模与算法研究

郭东  
【摘要】:随着信息技术的飞速发展,各种新颖的基于计算机网络的应用层出不穷,P2P网络就是其中典型的代表。虽然以往的研究也提出了许多P2P网络模型和关键技术,但对P2P网络动力学建模方面的研究却为数不多。同时,在P2P网络的应用领域目前存在着大量的问题,而其中很多问题可以在现有的应用支撑环境下采用现代控制理论和系统分析的方法获得解决。本论文旨在面向P2P网络这样一个应用广泛的对象,研究其动力学建模和一些关键算法,以便为实际网络系统的应用提供有效的解决方案和指导性建议。 本文的主要工作和创新性表现在以下几个方面: 1.研究了P2P文件共享系统的动力学建模和一些关键算法。我们以节点之间待传输的数据量作为系统的状态,提出了一种用确定性微分方程组来描述系统状态变化的动力学模型。该模型不仅考虑了影响节点数据传输速率的网络带宽,拷贝份数,存储空间,还考虑了P2P网络中节点选择算法,带宽分配算法,激励算法等因素。通过分析P2P文件共享系统中的算法对节点状态的影响,我们导出了方程的具体形式。实验结果表明该模型能够反映P2P文件共享系统的本质特征,从而为设计高性能P2P网络,改进现有算法,以及研究P2P网络的稳定性提供了理论基础。 2.运用经济学中的市场机制原理,为P2P网络建立了一种基于动态价格的激励模型(Dynamic price-based incentive model, DPIM),有效地提高了P2P网络的可用性。在此模型基础之上,我们主要研究了其中的激励算法。仿真和分析结果表明,此种供求关系决定带宽价格的激励模型可以充分利用市场自主调节的功能,促使节点增加上传带宽和共享资源,避免了搭便车行为,提高了系统效率,打击了作弊行为。 3.研究了媒体分发网络MDN(Media Delivery Network)系统中对等节点PN(Peer Node)的关键算法。在P2P文件共享系统的动力学模型基础上,定义了MDN的系统状态,并为MDN系统建立了动力学模型。该模型考虑了PN上传速率,PN存储空间大小,PN节点的部署算法,节点选择算法,带宽分配算法等因素对状态的影响。为了提高MDN系统的服务性能,我们还提出了基于状态的改进算法。仿真结果表明,所建立的模型能够准确反映MDN系统的本质特征,为系统的性能优化提供了一种方法。


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