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        一種新的基于資源總數(shù)的P2P滿意度分析改進模型

        2015-07-26 02:29:50陳碧韻倪衛(wèi)明
        微型電腦應(yīng)用 2015年8期
        關(guān)鍵詞:熱心信譽總數(shù)

        陳碧韻,倪衛(wèi)明

        一種新的基于資源總數(shù)的P2P滿意度分析改進模型

        陳碧韻,倪衛(wèi)明

        自從20世紀60年代末ARPANET的建立開始,P2P發(fā)展迅速,越來越多的網(wǎng)絡(luò)采用了P2P模式。然而,由于P2P去中心化的特點使得搭便車行為越來越顯著,漸漸影響 P2P網(wǎng)絡(luò)的運行。這種新的基于資源總數(shù)的用戶行為模型在原有的滿意度模型中進行了改進,加入了熱心節(jié)點和在線時長這兩個因素,并增加了資源總數(shù)、下載成功的概率,上傳不同資源的概率這3個系數(shù),將資源總數(shù)作為評價網(wǎng)絡(luò)是否能夠正常運行的評價。經(jīng)過仿真,總體的資源趨勢穩(wěn)中有升,網(wǎng)絡(luò)可以穩(wěn)定地運行下去。

        P2P系統(tǒng);信譽值;用戶行為;博弈論

        0 引言

        P2P網(wǎng)絡(luò)(peer-to-peer network,對等網(wǎng)絡(luò)),是一種點對點的分布式網(wǎng)絡(luò),能進一步優(yōu)化計算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬性能。自從20世紀60年代末ARPANET((阿帕網(wǎng)))的建立開始,P2P開始了一段快速的發(fā)展歷程,越來越多的網(wǎng)絡(luò)采用了P2P模式。P2P網(wǎng)絡(luò)的去中心化特點使得用戶可以自由的選擇上傳或下載資源。然而,正由于P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源共享的自愿型和節(jié)點匿名性,使得對等網(wǎng)絡(luò)中的搭便車現(xiàn)象越來越嚴重。

        自從提出搭便車抑制機制以來,越來越多的學者和業(yè)界人士將主要的研究重點集中在基于博弈論的抑制模型[1-2]和基于用戶行為[3-4]的激勵機制上。本文將基于用戶滿意度的信任模型,從信譽值角度[5]出發(fā),對原有的滿意度模型中進行了改進,加入了熱心節(jié)點和在線時長這兩個因素,并增加了3個基于資源總數(shù)的系數(shù),將資源總數(shù)作為評價網(wǎng)絡(luò)的參數(shù),從系統(tǒng)的角度表征用戶的總體行為。

        1 原有的滿意度模型

        P2P中的每個節(jié)點是模型研究的對象,其節(jié)點行為都是自私的,不會主動地無償?shù)厣蟼髻Y源。假定整個網(wǎng)絡(luò)中的生命周期是無限長的,將其分為離散時間點,t= 0,1,...,∞,在每個時刻t,節(jié)點可能會收到一個上傳服務(wù)請求(通常是其他節(jié)點的下載請求)。這種節(jié)點間交互的請求被認為是一種無限長的博弈游戲。每個節(jié)點都是博弈游戲中的參與者,博弈策略有兩種,即一種是接受服務(wù)請求,另一種是拒絕服務(wù)請求。節(jié)點給出的策略是隨機的。節(jié)點下載資源是否成功取決于信譽值Ri(t)與閾值R之間的關(guān)系。如圖1所示:

        圖1 用戶下載資源的流程圖

        2 改進的基于資源總數(shù)的模型

        2.1 熱心節(jié)點

        根據(jù)學者們對于實際P2P網(wǎng)絡(luò)運行的檢測,有1%的節(jié)點主動提供大量分享,通常稱這些節(jié)點為熱心節(jié)點[6]。雖然熱心節(jié)點的比例在網(wǎng)絡(luò)中很小,但對于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定起到了很大的作用。為了簡化熱心節(jié)點的信譽值,初始信譽值設(shè)為1,且在過程中恒為1。在t時刻,如果熱心節(jié)點提出下載請求,其下載請求一定會被通過,同時一定上傳資源。

        2.2 在線時長

        對于一個節(jié)點數(shù)確定的網(wǎng)絡(luò),如果節(jié)點長期不作為,可能還會影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。為了對這些節(jié)點有抑制力,可以對這些節(jié)點采取一些懲罰措施,使得節(jié)點可以更加活躍一些。在網(wǎng)絡(luò)中,如果節(jié)點在t時刻,沒有上傳資源,同時也沒有提出下載請求,那么稱為該時刻節(jié)點不在線。對于沒有進行上傳或下載行為的節(jié)點,信譽值會根據(jù)不在線時間進行減少。

        2.3 文章資源評價

        2.3.1 文章總數(shù)D(t)

        對于網(wǎng)絡(luò)運營者來說,他們不僅僅關(guān)注于用戶的想法,例如用戶滿意度,也關(guān)注于用戶的主動能動性,例如主動上傳資源。為了網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)發(fā)展,總網(wǎng)絡(luò)的資源總數(shù)因素也需要考慮進來。在實際的網(wǎng)絡(luò)運行中,很有可能用戶想要下載的資源在網(wǎng)站中不存在,或者說主動上傳的資源和網(wǎng)絡(luò)中的有很大的重復度,上傳所帶來的貢獻就沒有那些上傳原本網(wǎng)絡(luò)中沒有的那些資源所帶來的貢獻大。

        2.3.2 下載成功的概率PS(t)

        在實際生活中,由于可能出現(xiàn)想下載的資源不存在的情況,所以用戶下載資源成功的概率不是100%的。普遍認為,如果文章資源總數(shù)越多,下載成功的可能性越大。如果資源無窮無盡,下載成功的概率趨向于100%。

        2.3.3 不同資源的概率PD(t)

        當然,在上傳資源時,有很大可能出現(xiàn)上傳的資源已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中存在的情況。對于上傳原本網(wǎng)絡(luò)中不存在資源的用戶節(jié)點來說,他們的貢獻比上傳重復資源的用戶節(jié)點的貢獻大。普遍認為,網(wǎng)絡(luò)中總資源數(shù)量和上傳資源的重復率是有一些關(guān)系的。當網(wǎng)絡(luò)資源趨向于0的時候,上傳資源的獨有性概率趨向于1;而當網(wǎng)絡(luò)資源趨向于無窮大時,上傳資源基本上是趨向于100%的重復。

        2.4 模型表示

        假設(shè)在 P2P網(wǎng)絡(luò)中有n個用戶節(jié)點,其中絕大部分是自私節(jié)點,一小部分為熱心節(jié)點。每個用戶都有自己的信譽值,其中熱心節(jié)點的信譽值相同且不變,恒定為1。每個用戶的初始信譽值都相同,其中熱心節(jié)點的初始信譽值假設(shè)為1。在每個時刻t(t ≥ 0,t∈ N),會有固定總數(shù)的一部分用戶提出下載資源請求,系統(tǒng)會根據(jù)其當前的信譽值Ri(t)進行評估,若該用戶當前的信譽值大于閾值Ri(t) > R,用戶提出的下載資源請求將被通過,但下載是否成功將根據(jù)下載成功概率進行判斷,下載成功的概率函數(shù)與整個網(wǎng)絡(luò)的總資源數(shù)有關(guān)。反之,如果該用戶當前信譽值過小,用戶將不能在該時刻下載資源??紤]到系統(tǒng)的穩(wěn)定性因素,用戶的信譽值與用戶自身的表現(xiàn)有關(guān)。

        對于熱心節(jié)點來說,每個時刻有任意比例的節(jié)點主動上傳資源。自私節(jié)點在某個時刻t根據(jù)自身的上傳服務(wù)概率函數(shù)來選擇是否主動上傳資源。并規(guī)定,如果在t時刻,節(jié)點因為信譽值不夠而限制下載,那么節(jié)點必須在該時刻強制上傳資源。對于上傳的資源,分為重復資源和不重復資源兩類。上傳資源不重復的概率與網(wǎng)絡(luò)資源總數(shù)有關(guān)。上傳資源的類型不同,信譽值的修正也是不同的。一般來說,上傳不重復資源的用戶貢獻更大,獎勵也相對稍大一些。而對于在t時刻沒有提供上傳和申請下載的節(jié)點來說,用戶信譽值會根據(jù)不在線時間進行相應(yīng)的信譽值減小措施。熱心節(jié)點的用戶信譽值不變,所以不受在線時長的因素影響。

        自私節(jié)點的信譽值函數(shù)如公式(1):

        其中α為權(quán)限系數(shù),為常數(shù),0 ≤ α≤1,Ri(0)為用戶信譽初始值,0 ≤ R0(t)≤ 1,所以0 ≤ Ri(t)≤1。ω是隨機變量,ω∈{ 0,1},代表選擇的博弈策略,上傳服務(wù)為1,不上傳為0,根據(jù)博弈得出ω的取值。如公式(2):

        Pi,t{ x =1} = Pω=1,i(t),Pω=1,i(t)表征t時刻該用戶提供上傳服務(wù)的概率。

        y是上傳系數(shù),y可取0或1,表征是否上傳服務(wù),并規(guī)定:如果用戶在上一次提出下載資源申請時被拒絕,此時y= 1,否則y= 0。β為服務(wù)概率系數(shù),為常數(shù),0 ≤ β≤1。

        熱心節(jié)點的信譽值函數(shù)如公式(3)、(4):

        對于t時刻(t > 0,t∈ N)不在線的節(jié)點來說,信譽值減少一些,系數(shù)設(shè)為0.98。如公式(5):

        文章資源函數(shù)D(t)只與時間有關(guān),與用戶節(jié)點無關(guān)當在t時刻(t > 0,t∈ N),有用戶節(jié)點上傳資源并判斷為不重復資源時,D(t)增加。

        當用戶的下載請求被通過之后,將根據(jù)下載成功概率PS(t)來判斷是否真的下載成功,是否可能出現(xiàn)無法下載的情況。PS(t)與D(t)有關(guān),給出了PS(t)的表達形式,如公式(6):

        其中χ是一個常系數(shù),0 < χ< 1,系數(shù)越大,趨向于1的速度越慢。

        當用戶上傳資源以后,系統(tǒng)會根據(jù)不同文章的概率PD(t)來判斷上傳的資源是否已存在。PD(t)與D(t)有關(guān),給出了PD(t)的表達形式,如公式(7):

        其中γ是一個常系數(shù),0 < γ<1,系數(shù)越大,趨向于0的速度越慢。

        3 仿真

        假設(shè)系統(tǒng)中有1000個用戶,其中2%的用戶節(jié)點是熱心節(jié)點,其余的節(jié)點是自私節(jié)點。在每個時刻t都有固定比例10%的用戶提出下載請求,即100個用戶。信譽值閾值設(shè)為R= 0.3,每個用戶的初始信譽值設(shè)為Ri(0) = R= 0.3,用戶提供上傳服務(wù)的概率初始值Pω=1,i(0) = 0.5,服務(wù)概率系數(shù)β= 0.1。為了更好的反映上傳不同資源的貢獻大于上傳相同資源的貢獻,權(quán)限系數(shù)α設(shè)為不同的值。如果自私用戶上傳在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不存在的資源時,權(quán)限系數(shù)α= 0.8,否則α= 0.5。

        當用戶節(jié)點的下載請求通過以后,會根據(jù)PS(t)判斷是否下載成功,其中系數(shù)χ設(shè)置為,當文章趨近于1500左右時,PS(t)相對趨向于0。當用戶節(jié)點上傳資源后,系統(tǒng)會根據(jù)PD(t)判斷是否與系統(tǒng)中存在的資源相同,其中系數(shù)γ也設(shè)置為,當文章趨近于1500左右時,PS(t)相對趨向于0。

        假設(shè)每個時刻有10%的熱心節(jié)點會上傳,也就是說每個時刻有2個熱心節(jié)點會上傳資源。系統(tǒng)的初始資源為50。每次上傳資源的節(jié)點一次上傳1個文章資源。某個節(jié)點的用戶信譽值變化情況,如圖2所示:

        圖2 某節(jié)點信譽值變化圖

        加入了在線時長這個因素后,節(jié)點不在線時,信譽值呈現(xiàn)緩慢下降狀。當節(jié)點申請下載而不上傳時,信譽值減半。如果節(jié)點上傳資源,信譽值有很大的提升。

        整個網(wǎng)絡(luò)的資源總數(shù)變化曲線。如圖3所示:

        圖3 R不同,整個網(wǎng)絡(luò)的資源總數(shù)

        3條曲線分別代表初始信譽值R=0.1,R=0.5和R=0.9的3種情況。雖然一開始曲線R =0.1略高于其他兩線。隨著中期開始穩(wěn)定了以后,3線上升的幅度基本相同,最終基本平穩(wěn)。資源總數(shù)從一開始的50上升到1200左右。

        4 總結(jié)

        本章給出了一個新的基于文章資源總數(shù)的滿意度改進模型,其中在原有模型的基礎(chǔ)上增加了資源總數(shù)D(t)、下載成功的概率PS(t),上傳不同資源的概率PD(t)3個系數(shù),并引入了熱心節(jié)點和在線時長這兩個因素,仿真了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行的大致曲線。

        初始資源為50,通過一段時間的運行,資源總數(shù)可以達到1200左右,初始信譽值的取值對于資源總數(shù)影響不大。

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        TP393.2 文獻標志碼:A

        2015.01.28)

        1007-757X(2015)08-0071-02

        陳碧韻(1990-),女,復旦大學,碩士研究生,研究方向:數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò),上海,200433倪衛(wèi)明(1970-),男,復旦大學,博士,副教授,研究方向:無線通信和無線網(wǎng)、編碼技術(shù)等,上海,200433

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