對等計(jì)算拓?fù)錁?gòu)造及其相關(guān)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著互連網(wǎng)(Internet)的普及、網(wǎng)絡(luò)帶寬的大幅增加、Internet端系統(tǒng)計(jì)算能力的增強(qiáng)和各種新的應(yīng)用需求，使得對等計(jì)算(Peer-to-Peer computing，簡稱P2P)模式得以興起并迅速成為計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。基于P2P構(gòu)建的系統(tǒng)一般具有以下特點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是服務(wù)器，也可以是客戶機(jī)。或者同時(shí)扮演服務(wù)器和客戶機(jī)的角色；節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要與其他任意節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層建立連接。這類系統(tǒng)具有諸多潛在優(yōu)勢，如系統(tǒng)的可擴(kuò)展

2、性、低成本、資源可用性好和利用率高，而且能夠滿足許多新興的應(yīng)用需求等。 拓?fù)錁?gòu)造是P2P研究領(lǐng)域的核心問題。影響P2P拓?fù)浞€(wěn)定性和可用性的關(guān)鍵因素不僅體現(xiàn)在拓?fù)涞目蓴U(kuò)展性，還嚴(yán)重受制于節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性和網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性。有研究表明，影響節(jié)點(diǎn)異構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的關(guān)鍵因素在于節(jié)點(diǎn)的主觀參與策略，并且節(jié)點(diǎn)依據(jù)其偏好(Preference)在不同領(lǐng)域(Domain)表現(xiàn)出不同的主觀參與策略?？梢杂霉?jié)點(diǎn)所表現(xiàn)出的可信任(Trust)程度來度量其在不同

3、領(lǐng)域主觀參與策略上的差異。 考慮節(jié)點(diǎn)可信度差異的拓?fù)浞Q為信任敏感的拓?fù)?Trust-aware Topologies)，信任敏感的拓?fù)錁?gòu)造有利于拓?fù)涞墓叫院头€(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的對稱拓?fù)涫欠切湃蚊舾械模F(xiàn)有信任敏感的非對稱拓?fù)渌诘目尚哦榷攘糠椒ㄟ^于粗糙，忽略了節(jié)點(diǎn)在不同領(lǐng)域、不同方面上可信度的區(qū)別，同樣不利于拓?fù)涞墓叫院头€(wěn)定性，影響到拓?fù)涞氖褂眯?。為了?yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文提出了基于多粒度信任模型(Multiple-Gra

4、nularity TrustModel)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)做了深入分析和研究，工作主要圍繞以下諸方面展開： (1)P2P環(huán)境下的信任機(jī)制。為了對P2P系統(tǒng)大量存在的惡意行為進(jìn)行有效抑制，有必要對P2P環(huán)境下的信任機(jī)制進(jìn)行研究。信任機(jī)制包括信任模型和可信度的分布式求解，其中信任模型是拓?fù)錁?gòu)造的基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有信任模型在可信度計(jì)算的粒度和安全性等方面存在諸多問題，需要對此進(jìn)行深入研究。 (2)結(jié)構(gòu)化P2P的非對稱

5、信任敏感的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。現(xiàn)有非對稱信任敏感的拓?fù)潆y以保證拓?fù)涞墓叫院陀行?，必須進(jìn)行創(chuàng)新性研究。 (3)非結(jié)構(gòu)化P2P的信任敏感的拓?fù)錁?gòu)造協(xié)議?，F(xiàn)有非結(jié)構(gòu)化P2P拓?fù)涞臉?gòu)造協(xié)議欠缺對拓?fù)涔叫缘目紤]，并且不能對網(wǎng)絡(luò)中存在的某些惡意行為進(jìn)行有效的抑制。其主要原因在于拓?fù)溥M(jìn)化協(xié)議對節(jié)點(diǎn)可信度的不敏感性，忽略了節(jié)點(diǎn)在不同方面，不同領(lǐng)域中可信度的區(qū)別。信任敏感的拓?fù)溥M(jìn)化協(xié)議有利于提高拓?fù)涞挠行院桶踩浴?(4)P2P環(huán)境下的搜索

6、算法。良好的搜索算法有利于提高拓?fù)涞氖褂眯省，F(xiàn)有搜索算法在搜索效率和查詢精度方面存在諸多問題，需要對此進(jìn)行改進(jìn)；另外，在諸如P2P文件共享等應(yīng)用中，用詞歧義性問題仍然存在。查詢擴(kuò)展技術(shù)可以解決用詞歧義性問題并被成功運(yùn)用于Web搜索引擎中，然而，由于P2P系統(tǒng)的動態(tài)和大規(guī)模分散的特性，在P2P搜索算法中引入相應(yīng)的查詢擴(kuò)展方法是具有挑戰(zhàn)性的。 (5)P2P環(huán)境下的訪問控制機(jī)制。訪問控制機(jī)制依賴于特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，P2P環(huán)境下的訪問

7、控制必須考慮到節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性和系統(tǒng)的動態(tài)性，此外，P2P系統(tǒng)一般還具有大規(guī)模分散的特性，這都使得傳統(tǒng)的訪問控制機(jī)制在P2P環(huán)境下失去了效用。引入可信度的訪問控制算法能較好的適用于P2P環(huán)境。 其中，(1)是本文工作的基礎(chǔ)，(2)和(3)是基于(1)構(gòu)造的，但(1)的可信度分布式求解是依賴于(2)的；(4)建立在(2)和(3)的基礎(chǔ)上，(5)建立在(1)、(2)和(3)的基礎(chǔ)上。 本文在上述工作中的主要貢獻(xiàn)如下： (

8、1)提出了一種新的多粒度信任模型MGM，將信任模型的粒度進(jìn)一步細(xì)化，能夠?qū)?jié)點(diǎn)針對某一具體領(lǐng)域的信任度進(jìn)行量化。同時(shí)探討了可信度求解的收斂性(Convergence)和分布式實(shí)現(xiàn)算法，并就可能產(chǎn)生的安全問題給出了具體的解決方法。分析和實(shí)驗(yàn)表明，該模型較已有模型在可信度計(jì)算的粒度、迭代的收斂性和模型的安全性等方面有較大的提高。 (2)提出了一種基于多粒度信任模型的結(jié)構(gòu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MGT(Multiple-GranularityTre

9、e)，使得節(jié)點(diǎn)因可信度的差異而處于拓?fù)涞牟煌恢茫源_保公平性；同時(shí)對基于MGT的對象放置和定位機(jī)制、容錯(cuò)機(jī)制，以及拓?fù)錁?gòu)造和維護(hù)機(jī)制進(jìn)行了討論。分析和實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有非對稱信任敏感的拓?fù)湎啾?，MGT在拓?fù)涞墓叫院涂捎眯苑矫嬗休^大的提高。 (3)提出了一種基于多粒度信任模型的針對非結(jié)構(gòu)化P2P拓?fù)涞淖赃m應(yīng)拓?fù)錁?gòu)造協(xié)議，該協(xié)議可以針對具體的領(lǐng)域進(jìn)行拓?fù)溥M(jìn)化，使得節(jié)點(diǎn)因領(lǐng)域可信度的差異在不同的領(lǐng)域拓?fù)渲刑幱诓煌奈恢?，從而體現(xiàn)拓?fù)?/p>

10、的公平性；該協(xié)議同時(shí)能對節(jié)點(diǎn)的惡意行為進(jìn)行有效的抑制，并具有激勵性質(zhì)，鼓勵節(jié)點(diǎn)提供更好的服務(wù)，以獲得更高的回報(bào)。分析和仿真表明，該協(xié)議較現(xiàn)有協(xié)議在拓?fù)涞挠行院桶踩缘确矫嬗休^大的提高。 (4)提出了一種有效的P2P環(huán)境下的查詢擴(kuò)展及其搜索算法。首先利用查詢與文檔的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建了LEM查詢擴(kuò)展方法，然后基于查詢與文檔用詞的直接關(guān)聯(lián)，構(gòu)建了HEM查詢擴(kuò)展方法。同時(shí)對LEM和HEM方法所引起的通信開銷及更新問題進(jìn)行了討論。最后在此基

11、礎(chǔ)上提出了一種基于查詢擴(kuò)展的P2P搜索算法。實(shí)驗(yàn)及分析表明，查詢擴(kuò)展及其搜索算法能大大提高搜索的效果。 (5)提出了一種P2P環(huán)境下有效的訪問控制機(jī)制。在由葉節(jié)點(diǎn)和超級節(jié)點(diǎn)組成的協(xié)作域(Collaboration community)內(nèi)采用了基于角色的訪問控制機(jī)制，協(xié)作域的加入控制采用了基于信任的投票策略，不同協(xié)作域節(jié)點(diǎn)之間采用了基于信任的訪問控制策略，以形成可信的互操作環(huán)境。與現(xiàn)有方法相比，本文提出的方法是細(xì)粒度的、基于內(nèi)容的