專利名稱：一種基于增強型團隊協(xié)作的p2p文件共享系統(tǒng)高效下載方法
技術領域：
本發(fā)明涉及互聯網中高效資源分發(fā)技術，尤其是針對提高P2P文件共享系統(tǒng)下載效率的技術。
背景技術：
近些年來，基于P2P的各種網絡應用越來越廣泛，其中影響最大的是視頻、圖像等大數據量文件共享系統(tǒng)的應用，并由此產生了巨大的網絡流量。有效地提高P2P協(xié)議的文件傳輸效率，對于提高網絡服務的性能、降低網絡的負載都具有極為重要的現實意義。之前的研究表明，加強網絡節(jié)點之間的合作性，充分調動所有節(jié)點的上傳帶寬， 可以有效地提高網絡的下載效率，現有的加強P2P節(jié)點間合作性的主要方法有A. KeXu等提出的在P2P系統(tǒng)中部署幫助節(jié)點的方法(“Improving BitTorrent Network’sPerformance via Deploying Helpers IEEE” 2008) ；B. Nikolaos Laoutaris 提出的動態(tài)分配上傳帶寬的方法(” Uplink Allocation Beyond Choke/Unchoke” 2008) ; C. RafitIzhak-Ratzin提出的利用基于帶寬的激勵機制的方法(“Collaboration in BitTorrentSystems” NETWORKING 2009) ；D Marc Espelt Palau 提出的小規(guī)模合作團隊的方法(，，Improving BitTorrent Download Times Using Community Partners，，，IEEE 2011)。A通過在P2P共享文件下載系統(tǒng)中引入幫助節(jié)點，即高帶寬、高連接、可控制的節(jié)點，來解決網絡中存在的下載效率低和因為提供資源的種子節(jié)點中途退出而產生共享資源不完整的問題，幫助節(jié)點只需要下載共享資源中較少的一部分，但是能夠更好的優(yōu)化系統(tǒng)性能，研究發(fā)現多一些幫助節(jié)點比多一些種子更有效果，但是部署幫助和本文提出的方法并不沖突。B動態(tài)調整上傳帶寬的方法，在選擇非阻塞節(jié)點時，P2P系統(tǒng)中的每個節(jié)點盡量在同一時刻獲得非阻塞的節(jié)點數最少，同時有偏向的選擇那些上傳帶寬較高的節(jié)點，讓更多下載節(jié)點更快的獲取一個完整的片段，解決因為節(jié)點才開始下載資源，沒有可上傳的資源導致難以獲得新的塊，使得他們的上傳帶寬沒有得到充分利用的問題。但是這需要網絡中的每一個節(jié)點都必須知道他對端節(jié)點的帶寬大小，在當前異構網絡中可實現性比較低。C尋找相同帶寬節(jié)點的方法促進了激勵機制的運行，促進了公平交換。將網絡中帶寬相似的節(jié)點全部放到一個“群”里面，通過有偏向的選擇促使同一個“群”的節(jié)點之間互相交互，減少不同的“群”之間的數據共享(即盡量減少不同帶寬節(jié)點之間交互)，只是單純的將不同帶寬節(jié)點之間的數據交互隔離開來，從而很容易導致高帶寬節(jié)點更易于完成下載，而低帶寬節(jié)點下載速度依舊緩慢。D小規(guī)模合作團隊的方法，通過將下載相同文件的節(jié)點聚集到一個個的小“群”中，小“群”中的成員優(yōu)先非阻塞本群內成員中對自己上傳數據較多的節(jié)點，同時優(yōu)先下載所有“群”成員擁有度最少的資源片段。由于帶寬差異的存在導致群內部成員之間的下載速率差異很大，“群”內部低帶寬節(jié)點很難以獲取“群”成員帶來的優(yōu)勢?？梢娫诓粻奚到y(tǒng)其他節(jié)點利益的前提下，一種易實現的、能夠充分加強P2P下載節(jié)點合作性、提高P2P文件共享系統(tǒng)下載效率的方法是迫切需求的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種基于增強型團隊協(xié)作的P2P文件共享系統(tǒng)高效下載方法，用以解決目前P2P文件共享系統(tǒng)中由于節(jié)點缺少合作而下載效率低的問題。一種基于增強型團隊協(xié)作的P2P文件共享系統(tǒng)高效下載方法，在P2P共享文件下載時，將下載同一個文件的帶寬相同的若干個peer (P2P節(jié)點)組建作為一個團隊“大節(jié)點”上傳和下載共享資源，疊加同一個團隊成員節(jié)點的上傳流量(即上傳流量值)并把這個值賦給團隊中上傳流量最大的節(jié)點，團隊中其他節(jié)點在上傳信息時，將非阻塞給團隊中上傳流量最大的的節(jié)點，使這個節(jié)點更快的獲取下載資源，同時團隊成員節(jié)點之間優(yōu)先非阻塞，讓優(yōu)先獲得下載資源的成員節(jié)點更快的將資源共享給本團隊的其他成員節(jié)點，使得團隊內所有節(jié)點能夠更有效的利用帶寬資源，由此提高BT的下載效率。本發(fā)明的技術方案包括—種通過加強團隊協(xié)作促進P2P網絡分發(fā)效率的方法，其步驟包括建立團隊。 參與團隊協(xié)作的節(jié)點向鄰居節(jié)點發(fā)送加入團隊協(xié)作請求關鍵字的握手數據包，請求加入團隊。主導節(jié)點處理收到的請求加入團隊協(xié)作請求關鍵字的握手信息，對同意加入團隊的節(jié)點返回請求預通過包。若請求節(jié)點在發(fā)送請求數據包之后預定時間內(如可取100秒，足以讓其他的主導節(jié)點返還通過信息)沒有收到請求預通過包，表示網絡中沒有可加入的團隊，則節(jié)點將自己轉化為一個主導節(jié)點，等待其他節(jié)點加入。參與團隊協(xié)作的每個節(jié)點都建立一個團隊信息列表，存儲已知的各個團隊成員的IP地址等信息，當然也包括本團隊成員的IP地址信息。主導節(jié)點收到節(jié)點請求加入團隊協(xié)作的握手信息后，估計請求節(jié)點的下載帶寬，若請求節(jié)點的下載帶寬與團隊內協(xié)作節(jié)點平均下載帶寬相同且團隊內節(jié)點上限未滿(如根據帶寬和QOS要求，團隊節(jié)點數上限可設定為4，該數值的設置即保證團隊的集聚力量，也要要考慮有足夠的能力，團隊節(jié)點太多將無法照顧到團隊中每一個節(jié)點)，則向請求節(jié)點發(fā)送請求預通過包，請求節(jié)點收到請求預通過包以后，發(fā)送正式加入團隊請求包并忽略其他主導節(jié)點發(fā)送過來的請求預通過包，主導節(jié)點在收到請求節(jié)點發(fā)送的正式加入團隊請求包之后將請求節(jié)點的節(jié)點信息(包括帶寬和節(jié)點IP地址信息)加入到本團隊信息列表中，并發(fā)送信息通知團隊內節(jié)點，該請求節(jié)點已經加入本團隊中，同時主導節(jié)點發(fā)送一個請求通過包將本團隊列表發(fā)回請求節(jié)點，請求節(jié)點順利加入團隊中并開始數據下載。數據下載過程中，同一個團隊節(jié)點成員之間共享上傳流量列表(上傳流量列表記錄了網絡中其他節(jié)點給本節(jié)點上傳的數據流量)，在節(jié)點選擇非阻塞節(jié)點時(如根據仿真實驗獲得，每10秒節(jié)點根據用戶最近10秒的上傳流量重新統(tǒng)計提供上傳的節(jié)點，使下載速度達到最大)，每個團隊協(xié)作成員節(jié)點累加團隊內所有成員上傳流量列表中對應節(jié)點的上傳流量，得到團隊實時上傳流量列表^11;這樣每一個團隊成員就具備了相同的上傳流量列表，從而具備了 “大節(jié)點“的整體性，然后計算上傳流量列表Vall中的“大節(jié)點“的總上傳流量，即團隊成員上傳流量總和，用上傳流量總和取代團隊中上傳流量最大的節(jié)點的上傳流量，即把上傳流量總和賦給團隊中上傳流量最大的節(jié)點。根據TFT算法(Tit-for-Tat，一報還一報，即誰給我下載的數據多，我才上傳給他數據)，按上傳流量列表Vall的排序，節(jié)點上傳流量，可以使下載節(jié)點更快的獲取下載資源，讓團隊中的一部分節(jié)點優(yōu)先獲得下載資源，同時團隊內部成員節(jié)點之間優(yōu)先非阻塞，讓先獲得下載資源的節(jié)點迅速將下載資源傳送給團隊中每一個成員節(jié)點，使得團隊成員節(jié)點能夠更有效的利用他們的帶寬資源，依此來提高的傳輸效率。參與團隊協(xié)作的節(jié)點在下載完成退出網絡后鄰居節(jié)點從團隊信息列表中刪除這個節(jié)點，同時更新主導節(jié)點中團隊數。如果退出節(jié)點為主導節(jié)點，則主導節(jié)點隨機選擇一個本團的節(jié)點，發(fā)送left數據包， 將其轉化為主導節(jié)點。本發(fā)明提出了一種通過加強團隊協(xié)作促進P2P網絡分發(fā)效率的方法，讓帶寬相似的若干節(jié)點能夠以一個“大節(jié)點”的形式出現在網絡中，可以最大限度的加強節(jié)P2P節(jié)點之間的合作性，同時為了不損害網絡中其他普通節(jié)點的下載效率，保證至少有一個普通節(jié)點和一個團隊節(jié)點獲得非阻塞。本方法具有兼容團隊協(xié)作節(jié)點和普通下載節(jié)點的特點，普通節(jié)點在收到加入團隊信息和握手信息的團隊請求關鍵字信息時可以直接忽略掉，不干擾普通P2P下載節(jié)點的運行機制，這些信息只需要占用很少的字節(jié)、不會增加網絡負載，具有可實現性。同時通過將低帶寬節(jié)點的上傳流量疊加，可有效的促進低帶寬節(jié)點的下載效率。該加強P2P下載效率的方法可有效的促進節(jié)點下載效率的提高，廣泛應用在現有P2P類下載軟件BT、電驢、迅雷的下載過程中。


圖I團隊節(jié)點加入網絡流程圖；圖2團隊節(jié)點非阻塞流程圖；圖3團隊請求數據包結構圖。
具體實施例方式以下針對附圖和具體實例對本發(fā)明的實施作進一步詳細描述。如圖I所示為節(jié)點加入團隊流程圖。A.節(jié)點加入團隊,構建團隊。根據網絡環(huán)境及規(guī)模設置團隊節(jié)點數上限，每個團隊協(xié)作節(jié)點建立一個團隊信息列表，存儲包括本團隊所有成員的IP地址信息在內的各個團隊成員的IP地址信息，該請求關鍵字只占用I個字節(jié)，不會增加網絡負載。同時非團隊主導節(jié)點可以忽略這個請求關鍵字，其結構如圖3所示，數據包包括以太網頭部、IP頭部、協(xié)議、目的IP、TCP頭部、負載數據消息格式。節(jié)點請求加入團隊，節(jié)點在握手信息中添加請求加入團隊關鍵字(teamq)，并向鄰居節(jié)點發(fā)送握手信息，請求加入團隊。網絡中主導節(jié)點處理收到的請求加入團隊協(xié)作請求關鍵字的握手信息，主導節(jié)點首先通過帶寬估計分析請求節(jié)點的下載帶寬，若請求節(jié)點的下載帶寬與團隊成員節(jié)點平均下載帶寬的相同，且團隊內節(jié)點數未達到節(jié)點上限數，則發(fā)送請求預通過包給請求節(jié)點同意節(jié)點加入該團隊。其中可根據公式，EB=請求節(jié)點連續(xù)k個時間的下載量Λ，對節(jié)點j估計帶寬EB。節(jié)點發(fā)出下載請求，團隊主導節(jié)點判斷收到的握手信息是普通節(jié)點發(fā)出的，還是團隊協(xié)作節(jié)點發(fā)出的，如是普通節(jié)點發(fā)出，或本團隊的團隊協(xié)作節(jié)點數已達到節(jié)點上限，則進行正常的普通下載。請求節(jié)點收到請求預通過包以后，發(fā)送正式加入團隊請求包給第一個發(fā)送預通過包的主導節(jié)點并忽略之后其他主導節(jié)點發(fā)送過來的請求預通過包。主導節(jié)點在收到請求節(jié)點發(fā)送的正式加入團隊請求包之后，主導節(jié)點將該請求節(jié)點的節(jié)點信息(包括帶寬和節(jié)點IP地址信息)加入到團隊信息列表中，發(fā)送一個請求通過包及團隊列表返回請求節(jié)點，同時向團隊信息列表中所有團隊節(jié)點及鄰居節(jié)點發(fā)送“加入團隊信息”，團隊成員節(jié)點更新團隊信息列表，其中，加入團隊信息主要包括加入團隊成員的IP地址信息。若請求節(jié)點在預定時間間隔內(根據仿真實驗，最優(yōu)可為10個非阻塞時間間隔，即100秒)沒有收到請求預通過包，則請求節(jié)點將自己轉化為一個主導節(jié)點，等待其他節(jié)點加入。請求節(jié)點收到請求通過包后加入相應的團隊并開始作為一個團隊成員，參與數據下載。較佳的，請求通過包也可以轉化為一個請求通過關鍵字，在節(jié)點發(fā)送握手信息互換位圖列表時，加載在鄰居節(jié)點列表返回的位圖列表中，只需要一個字節(jié)的空間。通過對鄰居節(jié)點帶寬估計，防止節(jié)點出現誤報，假報的情況。在節(jié)點加入團隊之前，主導節(jié)點優(yōu)先給予請求節(jié)點以普通節(jié)點的形式下載k個非阻塞時間間隔(一般取k=3個非阻塞時間，可以有效的估計出請求節(jié)點的帶寬)，便于讓主導節(jié)點統(tǒng)計他的帶寬。 B.團隊節(jié)點下載數據階段。團隊節(jié)點選擇非阻塞節(jié)點。團隊中某一成員節(jié)點下載數據時，從本團隊成員和普通節(jié)點中分別抽取一個對本節(jié)點上傳數據量最大的節(jié)點優(yōu)先加入非阻塞隊列，然后再將團隊中其他節(jié)點和鄰居列表里的其他節(jié)點按上傳流量排序，可利用TFT算法，尋找上傳流量最大的剩余非阻塞節(jié)點(即上傳數據給本團隊節(jié)點最多的節(jié)點)，并給與其非阻塞。同時團隊節(jié)點之間通過共享上傳流量列表以保證團隊成員非阻塞節(jié)點的一致性。如圖2所示，為了不損害網絡中其他普通節(jié)點的下載效率，同時團隊節(jié)點與網絡中其他節(jié)點的交互是不可或缺的，保證至少有一個非團隊節(jié)點和一個團隊節(jié)點獲得非阻塞。同時為了保證團隊成員非阻塞節(jié)點的一致性，在一個團隊中的協(xié)作節(jié)點按固定時間間隔(如可設為每10秒一次)相互發(fā)送各自的上傳流量列表(團隊成員列表和上傳流量列表很小，數據流量幾乎不會增加)。團隊成員節(jié)點在確定非阻塞時，首先將團隊成員的上傳流量列表中對應節(jié)點的上傳流量累加，得到一個團隊實時上傳流量列表Vall，這樣每個團隊成員就具備了相同的上傳流量列表，從而本團隊具備了 “大節(jié)點“的整體性，然后計算Vall中每一個“大節(jié)點“的總上傳流量，即團隊成員上傳流量總和，并用上傳流量總和取代團隊中上傳流量最大的節(jié)點的實時上傳流量，并將剩余團隊成員的實時上傳流量置0，然后節(jié)點通過排序流量列表各節(jié)點的實時上傳流量來決定將獲得非阻塞的鄰居節(jié)點，必須保證至少有一個本團隊節(jié)點和一個普通節(jié)點獲得非阻塞。建立任一節(jié)點i的上傳流量列表=丨<,vf, Vf,...,<丨，其中，Vf表示節(jié)點i中
記錄的第η個鄰居節(jié)點的實時上傳流量(其中，η為上傳流量列表中鄰居節(jié)點數)。如網絡中的所有節(jié)點的集合為N，定義節(jié)點i所在團隊節(jié)點集為gi = {nti，nt2，…
，ntlast}，g, d，對于每一個節(jié)點ntj e gi其對應的實時上傳流量列表分別為Vtj。節(jié)點i
進行團隊協(xié)作下載選擇非阻塞節(jié)點時，首先，將團隊成員共享的上傳流量列表Vtl，Vt2，…，Vtlast中對應節(jié)點的實時上傳流量累加得一個新的上傳流量列表Vall
lastvaU = {心 I Ykall =YjVktj , l<ksnj
./=1
假設網絡中節(jié)點i的鄰居節(jié)點集fn={ni，n2,…，nt_}為另一個團隊的所有節(jié)點成員，對應在節(jié)點i上傳流量列表Vall中的上傳流量為vi yu ,…,':廠，節(jié)點i找到節(jié)點集
fn對應的上傳流量心,中最大值假設其對應的節(jié)點nx e fn (I ^ x ^ teamnum),然后置節(jié)點nx的實時上傳流量為
te omn u mV all — [ 1 I，并且直r I =vz = = ^ -1 = ,. i· + I = Λ
J = IV all v II… V all V allU其中，teamnum為節(jié)點集合fn中節(jié)點數，last為團隊中節(jié)點數。這樣,能夠使得節(jié)點nx優(yōu)先獲得非阻塞，當節(jié)點nx下載到一個piece時,他們的團隊成員可以從nx那里優(yōu)先獲取這個piece，這樣充分利用了團隊節(jié)點的帶寬資源。團隊節(jié)點在下載完成退出網絡，將對網絡中每個鄰居節(jié)點發(fā)送退出數據包，團隊協(xié)作友鄰節(jié)點從團隊信息列表中刪除這個節(jié)點。如果退出節(jié)點為主導節(jié)點，主導節(jié)點則隨機選擇一個本團的節(jié)點，假設為N，通過發(fā)送left數據包告訴本團隊所有成員，節(jié)點N將轉化為本團隊主導節(jié)點。
權利要求
1.一種基于增強型團隊協(xié)作的P2P文件共享系統(tǒng)下載方法，其特征在于，包括將下載同一個文件的帶寬相同的若干個P2P節(jié)點組成團隊，累加同一個團隊成員節(jié)點的上傳流量，并將上傳流量值賦給團隊中上傳流量最大的節(jié)點，團隊成員節(jié)點上傳信息時，團隊成員節(jié)點確定非阻塞，并將非阻塞給團隊中上傳流量最大的節(jié)點，使該節(jié)點優(yōu)先獲取下載資源，同時團隊成員節(jié)點之間優(yōu)先非阻塞，讓優(yōu)先獲得下載資源的成員節(jié)點將下載資源共享給團隊的其他成員節(jié)點。
2.根據權利要求I所述的下載方法，其特征在于，所述組成團隊具體包括請求待加入團隊節(jié)點在握手信息中添加請求加入團隊關鍵字，并向鄰居節(jié)點發(fā)送握手信息請求加入團隊，主導節(jié)點收到的含有請求加入團隊關鍵字的握手信息，對同意加入團隊的節(jié)點返回請求預通過包；請求待加入團隊節(jié)點收到請求預通過包，向主導發(fā)送加入團隊請求包并忽略其他主導節(jié)點發(fā)送的請求預通過包,主導節(jié)點收到正式加入團隊請求包后,將請求待加入團隊節(jié)點的節(jié)點信息加入到本團隊信息列表中，并發(fā)送信息通知團隊內其他成員節(jié)點，團隊成員節(jié)點建立一個團隊信息列表，存儲已知的各個團隊成員的IP地址信息。
3.根據權利要求I所述的下載方法，其特征在于，主導節(jié)點收到請求加入團隊協(xié)作的握手信息后，根據帶寬估計請求待加入團隊節(jié)點的下載帶寬，若請求待加入團隊節(jié)點的下載帶寬與團隊內節(jié)點平均下載帶寬相同且團隊內節(jié)點上限未滿，則向請求節(jié)點發(fā)送請求預通過包。
4.根據權利要求I所述的下載方法，其特征在于，所述方法進一步包括團隊中某一成員節(jié)點下載數據時，從本團隊成員和普通節(jié)點中分別抽取一個對本節(jié)點上傳數據量最大的節(jié)點優(yōu)先加入非阻塞隊列，將團隊中其他節(jié)點和鄰居列表里的其他節(jié)點按上傳流量排序，尋找上傳流量最大的剩余非阻塞節(jié)點，并給與其非阻塞。
5.根據權利要求I所述的下載方法，其特征在于，團隊成員節(jié)點在確定非阻塞時，將團隊成員上傳流量列表中節(jié)點的上傳流量累加，得到團隊實時上傳流量列表Vall，計算上傳流量列表Vall中團隊成員上傳流量總和，并用上傳流量總和取代團隊中上傳流量最大的節(jié)點的實時上傳流量，并將剩余團隊成員的實時上傳流量置O。
6.根據權利要求2所述的下載方法，其特征在于，若請求節(jié)點在發(fā)送握手信息后預定時間內沒有收到請求預通過包，請求節(jié)點將自己轉化為一個主導節(jié)點，等待其他節(jié)點加入。
全文摘要
本文涉及一種利用團隊協(xié)作機制提高P2P下載軟件下載效率的方法，該方法包括將下載同一個文件的帶寬相同的若干個P2P節(jié)點組成團隊，累加同一個團隊成員節(jié)點的上傳流量，并將上傳流量值賦給團隊中上傳流量最大的節(jié)點，團隊成員節(jié)點上傳信息時，將非阻塞給團隊中上傳流量最大的節(jié)點，使該節(jié)點優(yōu)先獲取下載資源，同時團隊成員節(jié)點之間優(yōu)先非阻塞，讓優(yōu)先獲得下載資源的成員節(jié)點將下載資源共享給團隊的其他成員節(jié)點。廣泛可應用在現有P2P類下載軟件中。
文檔編號H04L29/08GK102946441SQ201210519428
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權日2012年12月6日
發(fā)明者唐紅, 申海岑, 徐川, 胡文坷 申請人:重慶郵電大學