專利名稱：類Chord環(huán)境下基于信譽的樂觀查詢方法
技術領域：
本發(fā)明涉及P2P技術領域，具體涉及一種類Chord環(huán)境下基于信譽的樂觀查詢方法。
背景技術：
自P2P技術出現(xiàn)以來，受到業(yè)界普遍關注并逐漸活躍于各應用舞臺。在P2P網絡中，每個參與實體(peer)既是服務端又是客戶端，節(jié)點之間地位平等，網絡具有自治、動態(tài)、匿名，開放等特性，這些·特性給用戶帶來了極大便捷。然而，P2P網絡快速發(fā)展的同時，也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中一個關鍵問題是如何在大規(guī)模的P2P環(huán)境下準確而高效地定位到資源節(jié)點？針對該問題，通常根據(jù)節(jié)點信息存儲及搜索方法把P2P網絡拓撲劃分為以下三類進行討論有中心服務器的P2P網絡(如Napster)，非結構化P2P網絡(如Gnutella)以及結構化P2P網絡(如基于Chord，CAN，Pastry等算法構成的P2P網絡)。相對而言，結構化的P2P網絡可擴展，易管理，更適合大規(guī)模網絡環(huán)境，因而具有更好的應用前景。結構化P2P網絡大多基于DHT技術，其主要思想是通過哈希的方法為節(jié)點和資源賦予一個全局唯一 ID，再結合特定算法把資源ID映射到節(jié)點ID。從而實現(xiàn)資源的定位，這種網絡結構很好地解決了早期面臨的單點失效、泛洪轉發(fā)導致的消息泛濫、可擴展性差等問題。在結構化P2P網絡中，Chord協(xié)議具有簡單、可靠、查找高效等優(yōu)勢，是DHT結構模型中最典型的代表。如何針對Chord協(xié)議的相關設計，優(yōu)化其查詢性能，對P2P網絡的發(fā)展至關重要。針對經典的Chord模型，研究人員已進行了一些有價值的研討。比較典型的方法包括利用原始chord協(xié)議,構建了多個chord環(huán),節(jié)點在每步查找時會在多個chord環(huán)上對比路徑，根據(jù)最短路徑選擇下一跳。從而大幅提高了查找性能，但每個節(jié)點需維護多個環(huán)狀態(tài)；根據(jù)節(jié)點能力大小將節(jié)點分為普通節(jié)點和橋接節(jié)點，然后根據(jù)資源內容分類將節(jié)點劃分為若干環(huán)，所有橋接節(jié)點單獨形成一個環(huán)，節(jié)點通過橋接節(jié)點相互聯(lián)系，該模型犧牲了健壯性來提高查詢效率；利用Chord環(huán)的雙向特性并采用標識符表示位取值的方式以提高路由性能，降低了平均路徑長度，但同時生成了附加成本；為了提供查詢時的隱私保護，可對中間轉發(fā)節(jié)點隱藏消息頭和消息內容以保證節(jié)點的信息安全；為了提供查詢時消息路由的成功率，引入信譽機制，利用節(jié)點轉發(fā)行為的信譽信息指導路由，使節(jié)點選擇更可靠的節(jié)點轉發(fā)，同時根據(jù)節(jié)點信任度的變化，不斷更新網絡的拓撲結構，避免與故障節(jié)點的連接，相應地提高了路由路徑的可靠程度。通過對已有方法的研究，容易發(fā)現(xiàn)單純依靠信譽指導查詢雖然可以提高查詢的成功率，但卻影響了查詢的效率。因此，本發(fā)明在已有成果基礎上，結合了信譽決策和貪婪決策的優(yōu)勢。在信譽評估過程，引入置信度，限制了短期在線節(jié)點對信譽合成的影響，而且在路由決策過程中，不再單純以信譽作為路由決策的依據(jù)，而是在貪婪選擇首先的前提下，綜合信譽來衡量轉發(fā)節(jié)點，使得路由決策過程在可靠性和效率上進行折衷，既能保證查詢快速的進行，又能以較高的概率實現(xiàn)成功查詢。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是，在傳統(tǒng)的chord網絡查詢過程中，總是采取貪婪決策的方式選取轉發(fā)節(jié)點，而大多數(shù)針對chord查詢的改進方法，其基本手段都是通過優(yōu)化路由表結構或者重構chord環(huán)來實現(xiàn)路由效率的提高；當Chord環(huán)中不合作節(jié)點數(shù)量較多時,這些已有的方法無法成功實現(xiàn)路由；此外，對于一般的結構化P2P網絡環(huán)境，基于信譽的路由決策可在較惡劣的網絡環(huán)境下提供較好的查詢成功率，但是對于網絡狀態(tài)良好的環(huán)境，則查詢效率低下。為此，本發(fā)明提出一種在類Chord環(huán)境下基于信譽的樂觀查詢方法。本發(fā)明解決問題所采取的方法是，提出一種在類Chord環(huán)境下基于信譽的樂觀查詢方法。該方法利用Beta評估機制對P2P節(jié)點路由行為進行信任度量，并針對P2P節(jié)點的短期在線行為，通過引入置信度，避免了短期在線節(jié)點產生不可靠的信譽值；在chord網絡(或其變種)環(huán)境下的查詢過程中，提出了樂觀路由決策的方式來選取轉發(fā)節(jié)點。采用貪婪決策與信譽決策相互結合，對查詢效率和查詢成功率兩個關鍵因素進行折衷。實現(xiàn)了合理的多路徑路由，以使得查詢方案能夠更好地適應各種網絡環(huán)境。本發(fā)明提出的查詢方法，包括了兩個子過程信譽計算子過程，路由決策子過程。在信譽計算子過程中，利用FFP反饋協(xié)議，使得路由路徑上的所有節(jié)點共享路由發(fā)起節(jié)點的反饋，根據(jù)反饋消息形成的訓練集，利用Beta信譽評估方法，對節(jié)點的路由行為進行度量。同時考慮到chord網絡中節(jié)點短線在線的行為特征，通過引入置信度，對于節(jié)點轉發(fā)次數(shù)小于最小轉發(fā)次數(shù)閾值時的節(jié)點，系統(tǒng)直接丟棄其合成的信譽值，以保證合成的信譽值的可靠性；在路由決策子過程中，采用貪婪決策和信譽決策相結合的方式，首先假定查詢發(fā)起節(jié)點到目標節(jié)點這一段chord環(huán)上對應的節(jié)點都是合作節(jié)點，決策過程中優(yōu)先考慮貪婪算法，如果查詢成功，則達到我們的預期；否則，查詢不成功，則表明至少有一中間節(jié)點不合作，從而需要選擇其它的轉發(fā)節(jié)點，以實現(xiàn)多路徑路由。根據(jù)信譽計算子過程的工作方式，一個節(jié)點的信譽值不僅僅反映了該節(jié)點的轉發(fā)能力，而且也反映了通過該轉發(fā)節(jié)點的后續(xù)路徑相對而言具有最好的可靠性，因此，只需要從查詢發(fā)起節(jié)點開始，漸次地利用信譽決策取代貪婪決策，就可實現(xiàn)以較快的速率發(fā)現(xiàn)可靠的路由路徑，從而快速定位到資源節(jié)點。本發(fā)明提出的樂觀查詢方法的優(yōu)點在于能夠避免網絡中節(jié)點短線在線導致的信譽值不能如實反映節(jié)點的路由行為特征，能夠在網絡環(huán)境較好的情況下實現(xiàn)高效率的查詢，且當網絡環(huán)境較惡劣的情況下保證一定的查詢成功率，具體體現(xiàn)為(1)可靠性通過事先設置置信度，確定節(jié)點轉發(fā)次數(shù)的最小閾值，對于節(jié)點轉發(fā)次數(shù)小于最小轉發(fā)次數(shù)閾值時的節(jié)點，系統(tǒng)直接丟棄其合成的信譽值，以保證合成的信譽值的可靠性(2)較高的查詢效率由于路由決策的啟動階段，總是先假定路由路徑上的節(jié)點都是合作節(jié)點，因此首先用貪婪決策選擇轉發(fā)節(jié)點，如果路徑上的節(jié)點都是合作節(jié)點，則可以以較快的速率逼近目標節(jié)點。；(3)較好的查詢成功率當采用貪婪決策而導致查詢失敗時，從發(fā)起節(jié)點開始，，漸次地利用信譽決策取代貪婪決策，以較大的概率繞過不合作節(jié)點，實現(xiàn)成功的查詢。


圖1為chord環(huán)中基于信譽的樂觀查詢過程示意圖
具體實施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案更加清楚，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出的類chord環(huán)境下基于信譽的查詢方法，包括了兩個子過程信譽評估子過程以及路由決策子過程，其轉發(fā)節(jié)點的選取過程如圖1所示。具體實施細節(jié)為(I)反饋信息的收集發(fā)起節(jié)點發(fā)送一個附帶超時標識的消息，發(fā)起一次查詢。在超時或者得到一個響應消息以后，源節(jié)點產生一個反饋。該反饋用一個簡單的bit來描述查詢是否成功，并用來告知路由路徑上的每一個中間節(jié)點查詢消息是否成功抵達。反饋消息跟蹤原路由路徑傳播。通過該消息，路由路徑上的所有中間節(jié)點共享源節(jié)點的對于本次路由行為的反饋。該路徑上的每一個中間路由節(jié)點都能對自己的本次路由決策是否合理進行大致判斷。(2)節(jié)點路由行為直接評估若節(jié)點q(路由發(fā)起節(jié)點)和鄰居節(jié)點P共同參與某次路由(即它們位于同一路由路徑上)，則節(jié)點q可以根據(jù)查詢響應消息或超時標志，直接對本次路由中P的服務進行評估，體現(xiàn)了 q對P的一種直接信任關系；同時，q的反饋沿P的方向傳播，以利于本次路由路徑上的中間節(jié)點在選取轉發(fā)節(jié)點時進行調整。

基于反饋消息形成的訓練集，采用Beta信譽評估方法對節(jié)點路由行為特征進行評估。每個節(jié)點對其鄰居i的行為特征進行如下描述Θ ,j表示在節(jié)點i看來，其鄰居節(jié)點j以Gij發(fā)現(xiàn)一條可行路徑的概率，每個節(jié)點通過假設Gij服從一種先驗分布來對路由行為的不確定性建模，隨著每次新路由行為的發(fā)生，該參數(shù)值被不斷刷新。對參數(shù)Θ ,j的估計是觀察節(jié)點進行若干次交互以后得出的。定義節(jié)點路由行為的信任度為參數(shù)的估計量。(3)節(jié)點路由行為間接評估若q，q'都是節(jié)點P的直接鄰居節(jié)點，則直接鄰居q，p以及q' 4共享鄰居信息。若某些路由過程，q'與鄰居P共同參與，而q未參與。則V對P采用Beta評估方法得出直接信任度，并告知q。q通過節(jié)點V對P的評估結果，形成一種間接的信任關系。(4)節(jié)點路由行為信譽度合成Rik = β 1/MdirTik+(l-β 1/M) IndirTik節(jié)點的信譽度Rik反映了節(jié)點i基于和節(jié)點k的直接交互經驗得出的信任度dirTik，以及關于節(jié)點k的推薦形成的間接信任度IndirTik,合成對于節(jié)點k的路由行為的一種綜合評判。表達了在消息轉發(fā)過程中，對于節(jié)點轉發(fā)能力上的一種信仰。其中調節(jié)參數(shù)滿足O < β < 1，M為節(jié)點i與節(jié)點k直接交互(轉發(fā))次數(shù)。隨著直接交互次數(shù)的增多，直接評估的權重系數(shù)越來越大，表現(xiàn)為節(jié)點對于自己的判斷更為自信。(5)確定節(jié)點路由信譽值的可靠度針對類Chord網絡環(huán)境下，節(jié)點短期在線行為特性可能導致產生的信譽值并不能真正確保路由路徑一定可靠。還需考慮合成的信譽值的可靠程度。由于反饋消息構成一個訓練集，根據(jù)統(tǒng)計理論，對于給定的估計偏差，估計量的置信水平取決于抽樣的樣本數(shù)量。因此，系統(tǒng)預先設定置信水平和容忍誤差，則可以確定一個最小的交互(轉發(fā))次數(shù)。對于節(jié)點轉發(fā)次數(shù)小于最小轉發(fā)次數(shù)閾值時的節(jié)點，系統(tǒng)忽略其提供的信譽計算結果。(6)基于信譽的樂觀查詢過程選擇轉發(fā)節(jié)點的包括兩種方式。第一，貪婪選擇在chord環(huán)上的節(jié)點只需要搜索其指針表，選擇距離鍵值最接近的節(jié)點作為轉發(fā)節(jié)點。朝目標方向以長度折半遞減的方式進行路由；第二，信譽選擇總是選取指針表中具有最大信譽值的節(jié)點作為轉發(fā)節(jié)點。本方法采用了兩種決策方法的結合。每一個路由消息包中，包含一個消息重發(fā)次數(shù)標識符re_COunt，及一個跳數(shù)標識符hop_count,均初始化為O,對于每個轉發(fā)節(jié)點。當一條消息經過一個路由節(jié)點，則hop_count增加I,當每條路由消息被重發(fā)一次,則re_count增加I。>節(jié)點P接受到一個消息，則判斷自己是否為目的節(jié)點，若是，則路由終止，并進行響應。否則，hop_count+l,則繼續(xù)選擇轉發(fā)節(jié)點；>如果re_count≥hop_count,則選擇路由表中信譽最高的節(jié)點作為下一跳。否則，則根據(jù)貪婪算法選擇下一跳。>若響應超時，源節(jié)點停止重發(fā)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡是本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.類Chord環(huán)境下基于信譽的樂觀查詢方法 在現(xiàn)有的類chord網絡查詢方案的基礎上，引入信譽機制，利用信譽值來衡量節(jié)點的路由行為特征；在信譽計算過程中，引入置信度來確定最小轉發(fā)次數(shù)閾值，以確保轉發(fā)節(jié)點的信譽值的可靠程度；利用信譽選擇和貪婪選擇相結合的方式選擇轉發(fā)節(jié)點，保證了查詢消息能夠以較高效率和較大的成功率快速逼近目標節(jié)點。其特征在于 該方案在反饋信息的收集過程中，路由路徑上的所有節(jié)點共享路由發(fā)起節(jié)點的反饋。
該方案在已有Beta信譽評估方法中，引入置信度，用以確定節(jié)點交互的最小次數(shù)，從而保證信譽計算的可靠程度； 該方案在轉發(fā)節(jié)點的選擇方式上，使用貪婪選擇和信譽決策相結合的方式，能夠適應不同網絡狀況下的查詢需求。
2.如權利要求1所述，該方案利用路由路徑上的所有節(jié)點共享路由發(fā)起節(jié)點的反饋，從而使得反饋信息獲取快速而全面。
3.如權利要求1所述，該方案在計算信譽時，通過事先設置置信度，確定節(jié)點轉發(fā)次數(shù)的最小閾值，對于節(jié)點轉發(fā)次數(shù)小于最小轉發(fā)次數(shù)閾值時的節(jié)點，系統(tǒng)直接忽略其合成的信譽值，以保證合成的信譽值的可靠性。
4.如權利要求1所述，該方案在路由決策過程中，使用貪婪選擇和信譽決策相結合的方式。優(yōu)先考慮貪婪決策，并根據(jù)響應情況，從查詢發(fā)起節(jié)點開始，漸次地利用信譽決策取代貪婪決策，可以以較快的速率發(fā)現(xiàn)可靠的路由路徑。
全文摘要
該發(fā)明提出一種新的適用于類chord環(huán)境下的樂觀查詢方法。該方法首先利用路由路徑上的所有節(jié)點共享發(fā)起節(jié)點反饋的方式，收集反饋消息并形成的訓練集，利用Beta評估機制對網絡節(jié)點歷史路由行為進行信任度量，同時針對chord網絡節(jié)點的短期在線行為，通過設置置信度來確定最小轉發(fā)次數(shù)閾值，對于轉發(fā)次數(shù)小于閾值的節(jié)點所提供的信譽值，系統(tǒng)忽略其提供的信譽計算結果，以保證合成的信譽值的可靠性。在轉發(fā)節(jié)點的選擇方式上。采用貪婪決策與信譽決策相結合的方式，首先采用貪婪決策選擇下一跳，如果查詢失敗，則從源發(fā)起節(jié)點開始，漸次以信譽選擇的原則取代貪婪選擇，該方法能夠實現(xiàn)合理的多路徑路由，兼顧了查詢效率和查詢成功率。
文檔編號H04L29/08GK103051644SQ20111030614
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2011年10月11日
發(fā)明者秦志光, 楊磊, 鐘婷, 藍天, 趙洋 申請人:電子科技大學