一種基于價格機(jī)制的p2p文件共享網(wǎng)絡(luò)中帶寬分配算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于價格機(jī)制的P2P文件共享網(wǎng)絡(luò) 帶寬分配算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對等網(wǎng)絡(luò)（Peer-to-Peer，P2P)是一種和客戶/服務(wù)器(Client/Server，C/S)網(wǎng)絡(luò) 相對立的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。在對等網(wǎng)絡(luò)中，集中服務(wù)器的角色被弱化甚至取消，每個客戶端節(jié) 點既可以充當(dāng)服務(wù)器為其他客戶端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，又可以是普通的客戶端從其他的客戶端 節(jié)點處獲取服務(wù)，比如文件下載、視頻點播等服務(wù)。節(jié)點之間通過自組織的方式形成一個邏 輯的覆蓋網(wǎng)絡(luò)(overlay network)，一起協(xié)同完成存儲、索引、計算、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能。相對 于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，對等網(wǎng)絡(luò)具有非中心化、自組織、可擴(kuò)展性及健壯性高、無單點 失敗、性價比高、隱私保護(hù)與負(fù)載均衡性能好等特點。
[0003] 對等網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)用戶的積極參與和分享協(xié)作成果，極大地調(diào)動了用戶貢獻(xiàn)資源與服 務(wù)的積極性。所有的對等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用戶不再像在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里那樣僅僅是單純的消費 者，而是同時擔(dān)當(dāng)了消費者與生產(chǎn)者的雙重角色。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中專設(shè)的服務(wù)器顯然無力 抗衡如此廣大的資源貢獻(xiàn)者群體，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的質(zhì)和量因此得到長足的飛躍，其直接的影 響就是如今基于對等網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大放異彩:從最初對等網(wǎng)絡(luò)提供的文件共享與下載服務(wù)， 代表就是影響深遠(yuǎn)的文件下載工具BitTorrent(簡稱BT，俗稱BT下載），到采用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸 語音以大幅降低通信成本的網(wǎng)絡(luò)電話(VoIP，Voice over IP)，代表就是Skype，再到如今多 媒體互動應(yīng)用的流媒體直播系統(tǒng)，代表就是PPLive。對等網(wǎng)絡(luò)每一個新應(yīng)用的推出，總會引 起廣大用戶的熱烈追捧以及業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0004] 由于對等網(wǎng)絡(luò)是一種自組織的形式，因此網(wǎng)絡(luò)資源的管理就變得尤為重要。目前， 對等網(wǎng)絡(luò)中的資源分配機(jī)制大都是利用激勵策略，較為典型的策略包括基于微支付的機(jī)制 (如PPAY協(xié)議，WhoPay協(xié)議）、基于直接互惠的機(jī)制（如tit-for-tat方法）、基于信譽的機(jī)制 (如PeerTrust，SuperTrust方法)等，從而促使各個用戶共享自己的資源，為其他用戶提供 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是，這些方法大都是促進(jìn)實現(xiàn)對等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的社會效用最大化，很少考慮資源 在請求獲得服務(wù)的用戶之間的公平分配。如果出現(xiàn)資源分配不公，勢必導(dǎo)致用戶的使用公 平性受到影響。例如：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源定價太低時，網(wǎng)絡(luò)資源就容易被過度消耗，出現(xiàn)"公共物品 悲劇"；但如果定價太高，雖然可在一定程度上避免網(wǎng)絡(luò)擁寒，但是這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源得不 到有效使用，使得網(wǎng)絡(luò)資源利用率過低，同時大多數(shù)用戶負(fù)擔(dān)不起網(wǎng)絡(luò)資源的使用費用，使 得用戶的公平性得不到保證。
[0005] 綜上所述，用戶很需要一種為對等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理有效分配的算法，使得請求 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的用戶滿意度達(dá)到最優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種分配公平合理、計算簡單高效、可避免用戶以過低或過 高的價格使用網(wǎng)絡(luò)資源的基于價格機(jī)制的P2P文件共享網(wǎng)絡(luò)中帶寬分配算法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明算法主要包括對等網(wǎng)絡(luò)P2P、資源 請求者r以及資源提供者p，在對等網(wǎng)絡(luò)P2P中，資源請求者r下載文件需要獲得資源提供者p 的上傳帶寬，資源提供者P根據(jù)各個資源請求者r提供的價格以及資源提供者p自身的期望 價格，為資源請求者r分配資源提供者p自己的帶寬；
[0008] 所述算法步驟如下：
[0009] 步驟1，在對等網(wǎng)絡(luò)P2P的文件共享系統(tǒng)中，每一個想獲得文件下載服務(wù)的資源請 求者r初始化其能提供的價格14幻；
[0010]步驟2,提供下載服務(wù)的資源提供者p進(jìn)行帶寬分配，為每一個資源請求者r初始化 分配的帶寬Xpr[t];
[0011] 步驟3,若此時資源請求者r被分配的帶寬Xpr[t]與提供的價格Ar[t]都是平衡點， 則算法結(jié)束，資源提供者和資源請求者完成數(shù)據(jù)傳輸；
[0012] 若此時資源請求者r被分配的帶寬Xpr[t]與提供的價格Ar[t]不是平衡點，則向下 進(jìn)行步驟4;
[0013] 步驟4,資源提供者p根據(jù)自己的上傳帶寬CP、資源提供者p為各個資源請求者r初 始化的帶寬分配x pr[t]以及各個資源請求者r提供的價格Ar[t]，得到資源提供者p的期望價 格Costp[t];
[0014]步驟5,資源提供者p根據(jù)自己的期望價格CostP[t]以及資源請求者4是供的價格入 1 [t]，調(diào)整分配資源請求者r的帶寬xpr[t+l];
[0015] 步驟6,資源請求者r根據(jù)新獲得的帶寬Xpr[t+1]重新分配調(diào)整其支付的價格Ar[t+ 1];
[0016] 步驟7,各個資源提供者p根據(jù)上述步驟迭代直達(dá)到平衡點，即資源提供者上傳帶 寬的最優(yōu)分配；
[0017] 步驟8,資源提供者p和資源請求者r根據(jù)最優(yōu)帶寬分配完成數(shù)據(jù)傳輸；
[0018]步驟9,如果有新的資源提供者或資源請求者加入或者原有的資源提供者或資源 請求者退出，則上述迭代過程重新進(jìn)行直至達(dá)到新的平衡點。
[0019] 在步驟3中，平衡點的分析如下：
[0020] 假設(shè)算法的平衡點為(Χ'λ，

[0022] 其中，Ρ是所有資源提供者集合;R是所有資源請求者集合;CP是資源提供者ρ的上 傳帶寬;I是資源請求者r愿意支付的費用;￡是資源請求者r獲得的最優(yōu)總帶寬;< 是資源 請求者r支付的最優(yōu)價格;ws是資源請求者s愿意支付的費用是資源請求者s支付的最優(yōu) 價格是資源提供者ρ為資源請求者s分配的最優(yōu)帶寬;α>0是公平性指標(biāo)；
[0023] 因此
[0025] 可以發(fā)現(xiàn)，該平衡點就是資源分配模型的最優(yōu)點。
[0026] 在步驟4中，資源提供者p的期望價格CostP[t]由下式得出：
[0028]式中，CP是資源提供者p的上傳帶寬;Xpr[t]是資源提供者p為資源請求者r分配的 帶寬;α>〇是公平性指標(biāo)，用于實現(xiàn)帶寬在資源請求者之間分配的α-公平性，如α = 1時，則實
是資源提供者Ρ為實現(xiàn)資源分配的公平性，得到的資源請求者s提供
的公平性價格;R(p)則是資源提供者Ρ提供服務(wù)的所有請求者集合， 表示了資源提供者P的期望收益。
[0029]在步驟5中，根據(jù)下式調(diào)整資源提供者ρ為資源請求者r分配的帶寬Xpr[t+1];
[0031]式中，xpr[t]是t時刻資源提供者ρ為資源請求者r分配的帶寬；θ>〇是算法步長;α>〇
是資源請求者r提供的公平性價格;CostP[t]是資源提供者ρ的期望價 格；
[0035]在步驟6中，資源請求者r根據(jù)獲得帶寬分配調(diào)整其支付的價格14七+1]
[0037]式中，Ar[t+1]是t+Ι時刻資源請求者r支付的價格;yr[t+l]是t+Ι時刻資源請求者r 得到的總帶寬;Xpr[t+1]是t+1時刻資源提供者ρ為資源請求者r分配的帶寬;P(r)是為資源 請求者r提供服務(wù)的資源提供者集合;是資源請求者r愿意支付的費用；α>0是公平性指 標(biāo)。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0039] 1、本發(fā)明算法能夠有效收斂到帶寬分配的最優(yōu)點，實現(xiàn)資源提供者的上傳帶寬在 網(wǎng)絡(luò)資源請求者之間的公平分配。
[0040] 2、將網(wǎng)絡(luò)資源分配目標(biāo)由優(yōu)化用戶激勵行為轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化請求服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)用戶的 滿意度，實現(xiàn)面向服務(wù)、以用戶為中心的資源分配目標(biāo)，更加貼近了用戶的實際需求。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明算法的步驟流程圖。
[0042] 圖2是本發(fā)明算法的6個用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0043]圖3是圖2中資源請求者rl獲得的最優(yōu)帶寬分配圖。
[0044]圖4是圖2中資源請求者r2獲得的最優(yōu)帶寬分配圖。
[0045]圖5是圖2中資源請求者r3獲得的最優(yōu)帶寬分配圖。
[0046]圖6是圖2中資源請求者r4獲得的最優(yōu)帶寬分配圖。
[0047]圖7是本發(fā)明算法的收斂速度與迭代步長的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0049] 本發(fā)明算法主要包括對等網(wǎng)絡(luò)P2P、資源請求者r以及資源提供者p，在對等網(wǎng)絡(luò) P2P中，資源請求者r下載文件需要獲得資源提供者p的上傳帶寬，資源提供者p根據(jù)各個資 源請求者r提供的價格以及資源提供者p自身的期望價格，為資源請求者r分配資源提供者p 自己的帶寬；
[0050] 如圖1所示，所述算法步驟如下：
[0051] 步驟1，在對等網(wǎng)絡(luò)P2P的文件共享系統(tǒng)中，每一個想獲得文件下載服務(wù)的資源請 求者r初始化其能提供的價格14幻；
[0052] 步驟2,提供下載服務(wù)的資源提供者p進(jìn)行帶寬分配，為每一個資源請求者r初始化 分配的帶寬Xpr[t];
[0053] 步驟3,若此時資源請求者r被分配的帶寬xpr[t]與提供的價格Ar[t]都是平衡點， 則算法結(jié)束，資源提供者和資源請求者完成數(shù)據(jù)傳輸；
[0054] 若此時資源請求者r被分配的帶寬Xpr[t]與提供的價格Ar[t]不是平衡點，則向下 進(jìn)行步驟4;
[0055] 步驟4,資源提供者p根據(jù)自己的上傳帶寬CP、資源提供者p為各個資源請求者r初 始化的帶寬分配x pr[t]以及各個資源請求者r提供的價格Ar[t]，得到資源提供者p的期望價 格Costp[t];
[0057]式中，CP是資源提供者p的上傳帶寬;Xpr[t]是資源提供者p為資源請求者r分配的 帶寬;α>〇是公平性指標(biāo)，用于實現(xiàn)帶寬在資源請求者之間分配的α-公平性，如α = 1時，則實
是資源提供者P為實現(xiàn)資源分配的α-公平性，得到的資源請求者s提供
的公平性價格;R(p)則是資源提供者P提供服務(wù)的所有請求者集合， 表示了資源提供者P的期望收益。
[0058]步驟5,資源提供者p根據(jù)自己的期望價格CostP[t]以及資源請求者r提供的價格 [t]，調(diào)整分配資源請求者r的帶寬xpr[t+l];
[0060]式中，Xpr[t]是t時刻資源提供者p為資源請求者r分配的帶寬；θ>〇是算法步長;α>〇 是公平性