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1、(10)申请公布号 CN 102932460 A (43)申请公布日 2013.02.13 C N 1 0 2 9 3 2 4 6 0 A *CN102932460A* (21)申请号 201210436914.3 (22)申请日 2012.11.06 H04L 29/08(2006.01) (71)申请人北京交通大学 地址 100044 北京市海淀区上园村3号 (72)发明人于樊鹏 周欣 贾卓生 王锋 杨志军 王宇杰 (74)专利代理机构北京正理专利代理有限公司 11257 代理人张雪梅 (54) 发明名称 一种基于贡献值的园区网P2P激励方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于贡献值的园区。
2、网P2P激 励方法,本发明采取当前节点为其他节点所共享 的资源大小和共享率为主要设计因素，共享资源 越多的节点将获得更多贡献值；共享率越高也将 获得更多贡献值。本发明同时还考虑其他多个因 素。单个共享资源大小和共享时间长短、资源分类 等。本发明综合各种因素作为单个节点贡献值的 依据，以此来提高资源质量和激励机制的公平性， 经济型，差异性和多样性。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种基于贡献值的园区网P2P激励方法，其特征在于，该方法包括。
3、如下步骤： 1）获取节点中共享文件的共享周期，文件的共享周期 获取节点中共享文件的大小，共享文件的大小为： 获取节点中共享节点数，文件的共享节点数为： 获取节点中共享文件的贡献值权重，贡献值权重为： 根据共享文件的占有率的反比来设置权重；具体公式为： 根据对网络利用率的时间对不同的时段的贡献值设置不同的权重，提高空闲时段的权 重，将每天的时间分为不同的时段，计算i时段的权重Pi，i时段的权重Pia P Li； 2）获取上述系统中共享文件产生的贡献值，贡献值为： Ai=PiCiDiG Si G Ui G Ti G Vi (7) 其中Di为共享类型， 获取节点所有共享文件的贡献值： 计算单位时间内。
4、用户获得的贡献值上限a 0 ，得到节点总的贡献值： 3）根据节点i对平台的贡献值，计算其贡献值记做B，对任意节点设置一个贡献值的底 限值D，当B小于D的时候，对其权限进行限制； 4）当节点未能达到系统所要求的贡献值时，则系统只允许其上传和提供共享资源操 作，直到节点贡献值达到系统要求； 5）对不同的贡献值用户，设置不同的每日下载数等限制，提高用户分享积极性。 权 利 要 求 书CN 102932460 A 1/8页 3 一种基于贡献值的园区网 P2P 激励方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于贡献值的园区网P2P激励方法，应用于计算机网络技术领 域。 背景技术 0002 对等网络(P2P。
5、)是一种由若干协作的计算机构成的开放、匿名的网络。从服务的 观点看，在这种网络中所有节点均是对等的，每个节点既是服务的提供者，也是服务的接受 者。传统的P2P系统没有提供有效的激励机制，网络中各个节点互不从属于，均为自我管理 并自主决定资源贡献，从而使大多数节点都表现出自私行为，进而导致下面两种现象的大 量存在： 0003 (1)搭便车(Free Riders) 1 现象：大多数节点都不愿共享自己的资源，而是以一 个搭便车者的身份去使用其他节点提供的免费可用资源。 0004 (2)公共悲剧(Tragedy of Common)现象：由于P2P网络系统上大量相同资源的 传播，从而造成了长期以来共。
6、享资源逐渐趋于一致，没有人愿意共享新的资源，大量重复资 源作为非排他性的公共资源被大多数网络节点无节制地使用。 0005 在Gnutella统计中，70的用户从来不共享任何文件，50的文件查询响应来自 1的共享用户。本专利发明人通过对所在单位校园网P2P数据交换平台的数据分析发现， 50%的节点从来不共享任何文件，90%的共享文件时由8%的节点提供。由此节点的自私行 为严重影响了P2P系统资源的平衡，降低了P2P网络的效率 5 ，因此，必须对搭便车和公共 悲剧行为进行有效的抑制。 0006 节点自私行为的存在，严重影响了P2P系统设计初衷的实现。目前，学者提出了 多种解决这一问题的方法，其中效。
7、果较好、比较有代表性的一类方法是采取激励机制，主要 包括基于信誉的激励机制、基于互惠互利模型的激励机制和基于虚拟货币模型的激励机制 等。 0007 (1)基于信誉的激励机制 0008 基于信誉的机制主要是在P2P网络中引入了一个等级的概念，即每一个节点根据 自己在网络的历史行为情况获得由网络中与它邻近的其他节点所评价得出的信誉值。基于 信誉的激励机制的重点是尝试将节点的QoS和节点给系统作出贡献的程度相结合。 0009 节点维护其它节点的行为历史，并在后来使用这些信息进行决策。节点A决定是 否向节点B提供服务，基于节点B向系统中节点提供服务的情况。基于信誉的激励方法对 大规模的节点、高度动态的。
8、成员构成以及非频繁的重复交互的P2P系统具有良好的可扩展 性。各种基于信誉的激励机制的不同在于信誉值的计算以及信誉到具体决策策略的映射。 0010 在信誉值的计算上，基于信誉的激励机制依赖于其它节点提供的推荐，因此需要 有效应对其它节点提供的不诚实推荐。一般有三种方法实现信誉值的计算：1)通过私有 的历史，即利用直接经验进行信任评价。这种方法适用于系统规模比较小的情况，并且 在节点之间兴趣不对称的情况下难以实用。2)基于全局历史共享客观信誉(Objective 说 明 书CN 102932460 A 2/8页 4 Reputation)。这种方法无法区分其它节点提供的经验是否真实可信，无法应对。
9、不诚实反馈 的攻击，并且在非结构化的P2P网络中很难得到节点的全局历史，因此难以实现。3)基于全 局历史共享的主观信誉(Subjective Reputation)。这种方法在非结构化的P2P网络中同 样面临难以实现的问题。为此，有方法根据非结构化P2P网络的特点，提出基于部分历史共 享的主观信誉。这种方法能够有效地应对不诚实反馈问题，同时在非结构化网络中易于实 现，是一种可行的方案。该方法使用邻居节点之间有限的信任信息交换实现信任评价，并且 引入自适应的遗忘因子来应对恶意节点的策略性行为改变。在推荐信任度的计算上，我们 使用服务信任和推荐信任度计算相分离的方法，并动态地根据交互结果进行推荐可。
10、信度的 更新，能够有效地应对恶意节点的合伙欺骗行为和诽谤行为。为了防止节点在建立良好信 誉之后不再提供服务，该方法在信任值计算时考虑时间因素，在没有新的交互经验发生时 信任随时间衰减。因此，信任值的计算是时间相关的函数。 0011 (2)基于互惠互利模型的激励机制 0012 基于直接互惠的机制的基本思想是P2P网络中的服务提供节点在为其他节点提 供服务后能得到某种直接优惠，该机制是资源交换非常有效的方式，但它存在只针对某一 次资源交换的传输有效的弱点。也就是说每个节点对于其他节点历史信息的维护仅存在于 一次交换中，在该次交换结束后，互相提供服务的节点对彼此的贡献情况将一无所知。虽然 eMule。
11、和eDonkey不是采用针对一次传输的短暂性双向激励方式，它考虑对等节点的历史 记录并进行积分排队，从而提供差异服务。但是经过统计表明，在大部分情况下也只有3 的节点的上传会给自己以前认识的节点，而其它上传是无法提供差异服务的。 0013 （3）基于博弈论的激励机制 0014 Tit-for-tat是典型的基于博弈论的激励机制，该机制用于博弈论的囚徒困境博 弈中的一个重要策略，可以依据对手的策略选择自己的优势策略。该策略的核心就是为了 最大化自己的利益，参与者之间会互相合作。根据结点贡献的上载率，将N个结点从N到1 降序排序。上载结点将选择u个结点去上载，u为结点并发上载连接数，因此结点N、N。
12、-1、 N-u+1将被选择去下载共享文件。由于上载结点从以上u个结点获得了较高的上载率，因此 上载结点将和这u个结点保持连接。现在考虑结点N-u，由于它贡献的上载率较少，它将不 可能获得下载连接，结点N-u的下载率为零。为了在下一轮中获得下载率，结点N-u不得不 提高自己的上载率，至少要超出结点N-u+1所提供的上载率，才能保证在下一轮获得下载 连接。如此反复博弈，每个结点为获得最大的利益就不得不贡献自己最大的上载宽带给系 统。 0015 (4)基于虚拟货币的激励机制 0016 基于虚拟货币的激励机制的主要思想是资源消费者应当为资源提供者支付一定 的报酬，节点用这种虚拟货币来换取各种服务。采用。
13、该机制的系统要设计出一整套完善的 经济模型来控制虚拟货币的顺利流通，同时需要系统提供有效的安全措施，保证公平性。这 种激励机制模型比较复杂，实现起来比较困难。 0017 从激励机制设计的角度来看，系统应满足公平性、经济性、差异性和多样性的特 点。即节点的贡献越多，其获得的收益越多；应充分利用提供的资源，避免资源浪费；应激 励原始共享的节点，加快资源的更新；鼓励冷门资源的共享，保证资源的丰富。从这个角度 上，对比了上述三种激励机制，对比结果见表1。从表1可以看出，上述三种方法各有不足， 说 明 书CN 102932460 A 3/8页 5 需要提出一种新的方法，完善这种机制。 0018 表1四种。
14、激励机制对比 0019 算法 公平性 经济性 差异性 多样性 信誉 一般 一般 一般 一般 互惠互利 好 好 一般 一般 博弈论 好 好 一般 一般 虚拟货币 一般 差 一般 一般 发明内容 0020 针对以上现有技术的不足，本发明提出在P2P网络软件自身上实现流量优化的方 法。以激励P2P网络系统节点积极地共享自己的资源，来解决园区网中搭便车和公共悲剧 问题，提高网络服务质量，促进整个P2P系统的正常运转。 0021 本发明的目的通过以下技术方案来实现： 0022 一种基于贡献值的园区网P2P激励方法，该方法包括如下步骤： 0023 1）获取节点中共享文件的共享周期，文件的共享周期 0024。
15、 0025 获取节点中共享文件的大小，共享文件的大小为： 0026 0027 获取节点中共享节点数，文件的共享节点数为： 0028 0029 获取节点中共享文件的贡献值权重，贡献值权重为： 0030 0031 根据共享文件的占有率的反比来设置权重；具体公式为： 0032 0033 根据对网络利用率的时间对不同的时段的贡献值设置不同的权重，提高空闲时段 的权重，将每天的时间分为不同的时段，计算i时段的权重Pi，i时段的权重Pi=a P Li； 0034 2）获取上述系统中共享文件产生的贡献值，贡献值为： 0035 Ai=PiCiDiG Si G Ui G Ti G Vi (7) 说 明 书CN 。
16、102932460 A 4/8页 6 0036 其中Di为共享类型， 0037 获取节点所有共享文件的贡献值： 0038 0039 计算单位时间内用户获得的贡献值上限a 0 ，得到节点总的贡献值： 0040 0041 3）根据节点i对平台的贡献值，计算其贡献值记做B，对任意节点设置一个贡献值 的底限值D，当B小于D的时候，对其权限进行限制； 0042 4）当节点未能达到系统所要求的贡献值时，则系统只允许其上传和提供共享资源 操作，直到节点贡献值达到系统要求； 0043 5）对不同的贡献值用户，设置不同的每日下载数等限制，提高用户分享积极性。 0044 本发明的优点在于： 0045 （1）对比相。
17、同时长内，本发明这种激励方法提高了节点共享资源的积极性，增加了 系统可用资源总量。 0046 （2）通过本发明这种激励方法，更多的节点参与到了资源的共享中来，以往由单个 节点共享的资源，开始由越来越多的节点共享。总体上体现在共享节点数的增加，细节上体 现在共享节点数为1的文件开始减少，向多节点方向集中。 0047 （3）通过本发明这种激励方法，C1类文件的比重由81%下降到了68%，而C2类的 文件由12%上升到了21%，而其他类文件也由7%增加到了11%。 0048 （4）通过本发明这种激励方法，文件的生存周期向中间值收敛，即有一定数量的短 周期文件延长了文件的共享时间，与预期的相符。 附图。
18、说明 0049 图1：共享文件生存周期分布图； 0050 图2：共享文件大小分布图； 0051 图3：G Si 函数曲线图； 0052 图4：共享文件节点数分布图； 0053 图5：共享文件类别分布图； 0054 图6：共享文件节点数分布图； 0055 图7：共享文件类别分布图； 0056 图8：共享文件生存周期分布图。 具体实施方式 0057 P2P网络中每个节点按照初始协定都要向整个网络提供服务，包括共享存储空间 和可使用的资源，同时也可以享用网络中其他节点提供的存储空间和资源。不同激励机制 之间的差异主要体现在效用函数、节点享受服务能力与节点为系统已做贡献的关系定义、 测量点选择等方面。。
19、在贡献值算法设计时，要尽可能激励节点的积极性，保证系统持续稳定 运行。 0058 本发明采取当前节点为其他节点所共享的资源大小和共享率为主要设计因素，共 说 明 书CN 102932460 A 5/8页 7 享资源越多的节点将获得更多贡献值；共享率越高也将获得更多贡献值。本发明同时还考 虑其他多个因素。单个共享资源大小：单个共享资源越大，获得的贡献值越大，相反，单个共 享资源越小，获得的贡献值越小，目的在于激励节点共享高质量的资源；共享时间长短：共 享时间越长，获得的贡献值越大，共享时间越短，获得的贡献值越小；资源分类：针对不同 资源分类，给予不同的共享之，激励节点共享稀缺资源。本发明综合各种。
20、因素作为单个节点 贡献值的依据，以此来提高资源质量和激励机制的公平性，经济型，差异性和多样性。 0059 基于贡献值的激励机制主要是对节点进行有区别地服务。即贡献大的节点得到质 量较好的服务，相应地，贡献较小的节点只能得到质量较差的服务甚至得不到服务。下面对 在P2P网络软件自身上实现流量优化的方法详细说明。 0060 基于贡献值的激励机制算法 0061 在贡献值算法设计时，要尽可能激励节点的积极性，保证系统持续稳定运行。为简 化分析，本文采取当前节点为其他节点所共享的文件大小和共享率为主要设计因素，同时 考虑单个共享文件大小、共享时间长短、文件分类等因素，综合各种因素作为单个节点贡献 值的依。
21、据。为了方便叙述，引入7个描述性定义，见表2。 0062 表2贡献值算法中使用的定义 0063 定义 描述 定义1 i表示P2P系统中的文件i。 定义2 Ti表示文件i的生存周期(TTL)。 定义3 Ui表示文件i的共享节点数。 定义4 Si表示文件i大小。 定义5 Ci表示文件i的分类。 定义6 Di表示文件i类型标识。 定义7 Pi表示文件i共享率。 0064 0065 本发明基于以下假设： 0066 1）P2P平台用户、设备等基础设施健全，具有一定的规模。 0067 2）对于贡献值的影响因素为：共享时间长短、共享文件大小、共享节点数、共享速 率、共享种类、共享时段、文件类型。 0068 。
22、3)对于两个共享文件i和j，如果TiTj,则i文件产生的贡献值G Ti 大于j文件 产生的贡献值G Tj 。 0069 4）对于任意两个共享文件i和j，如果SiSj，则i文件产生的贡献值G Si 大于j文 件产生的贡献值G Sj 。 0070 5）对于任意两个共享文件i和j，如果UiUj,则i文件产生的贡献值G Ui 小于j 说 明 书CN 102932460 A 6/8页 8 文件产生的贡献值G Uj ；同时，文件i产生的贡献值总和大于文件j产生的贡献值总和。 0071 6）对于任意两个共享文件i和j，如果ViVj,则i文件产生的贡献值G Vi 于j文 件产生的贡献值G Vj 。 0072 。
23、7）主动提供文件共享的贡献值大于分享文件的贡献值。 0073 本发明的中心思想为对节点进行有区别地服务。即贡献大的节点得到质量较好的 服务，相应地，贡献较小的节点只能得到质量较差的服务甚至得不到服务。具体过程为： 0074 贡献值计算公式的确立 0075 步骤一：文件共享周期越长，获得贡献值越多，从而提高资源的连续性。考虑到种 子的时效性，当文件共享周期较长时，贡献值开始趋于平稳。因此使用公式（1）作为文件i 生存周期的贡献函数。从图1上不难看出共享文件的在10,12周内有个极小值，且在之 后较长时间内文件个数基本稳定。具体参数根据平台文件共享周期的分布特点来调试。 0076 0077 式中：。
24、G Ti 表示文件i生存周期的贡献值 0078 a T 和b T 是待确定参数，Ti表示文件i的生存周期（TTL）， 0079 步骤二：节点共享的文件越大，则获得贡献值越大。为获取规则2规定的参数，统 计了共享文件大小的分布情况如图2。为提供文件的多样性，对小文件适当提高贡献值权 重，鼓励超大文件的共享，提供大文件的贡献值权重，因此采用分段函数来描述，G Si 函数的 曲线图形如图3所示，具体公式为： 0080 0081 式中：G Si 表文件i大小的贡献值，a g 和b g 是待确定参数，Si表示文件i大小.步 骤三：同一个文件共享开始的节点贡献值高，随着共享节点数的增加，贡献值降低，而总的。
25、 贡献值随着节点的增加而增加。该规则有效解决搭便车行为，同时避免存储资源的浪费。文 件共享节点数的分布情况，如图4所示。基于此，使用公式（3）来描述文件共享节点数对贡 献值的影响。 0082 0083 式中：G Ui 表示文件i的共享节点数的贡献值，a U 和b U 是待确定参数，Ui表示文件 i的共享节点数. 0084 步骤四：为了加快资源的交流和共享，对于高速的共享文件给与高的贡献值权重， 适当降低低速共享文件的权重。具体的公式为： 0085 0086 当b V 为大于1的实数时，即可满足要求。与共享率作为参数描述相比，能够更好的 反映细节。式中：G Vi 表文件i共享速率的贡献值，a V。
26、 和b V 是待确定参数，Vi表示文件i的 共享速率. 0087 步骤五：从园区网络特点和P2P系统的角度来衡量，为了丰富资源的多样性，在设 计基于贡献值的激励机制算法时设置了共享文件分类Ci，鼓励节点共享价值更高的文件。 说 明 书CN 102932460 A 7/8页 9 对于共享相对较少的学习，体育等资源，我们根据共享文件的占有率的反比来设置权重；具 体公式为： 0088 0089 式中Ci表示文件i的分类贡献值权重，K i 为i类文件所占的百分比。 0090 另外为了避免公共悲剧。同时设置共享类型Di，区分提供资源和分享资源的比重， 鼓励节点提供新资源，且满足D1：D2=n2:n1。式。
27、中n1为一段时间内主动提供资源的数目， n2为一段时间内分享资源的数目。 0091 步骤六:考虑学校作息时间的规律性强，避免高峰时段的拥堵，我们对不同的时 段的贡献值设置不同的权重，提高空闲时段的权重，以此来疏导高峰甚至避免的效果。将每 天的时间分为不同的时段，i时段的权重Pi的大小与此时段的设备空闲率Li成正比。即 0092 Pi=a P Li （6） 0093 式中Pi为i时段的贡献值权重，Li为设备空闲率，a P 为待确定。 0094 步骤七:根据以上分析将系统中文件i产生的贡献值约定为： 0095 Ai=PiCiDiG Si G Ui G Ti G Vi (7) 0096 节点所有文件。
28、的对贡献值的影响约定为： 0097 0098 为了便于统计，我们设定单位时间内用户获得的贡献值上限a 0 ，利用公式（9）来实 现，节点总的贡献值记为： 0099 0100 式中a 0 和b 0 为待确定参数。 0101 以贡献值为标准的差别服务 0102 步骤一:对于新加入的节点i，在开始阶段，给予一定的下载权限，时限过后，计算 其贡献值记做B。设置一个底限值D，当B小于D的时候，对其权限进行限制。参数D的设 置，取决与平台贡献值的分布情况。根据公式（9），计算出所有节点的贡献值，并进行统计分 析，根据贡献值的分布情况，设置相应的底限值D。 0103 步骤二:当节点未能达到系统所要求的贡献值。
29、时，则系统只允许其上传和提供共 享资源操作，直到节点贡献值达到系统要求。 0104 步骤三：对于不同的贡献值用户，设置不同的每日下载数等限制，提高用户分享积 极性。 0105 在基于贡献值的激励机制模型的设计中，节点的贡献值是整个模型的基础，是系 统进行差异服务的依据，差异服务是整个激励机制模型的核心，是该模型的关键所在。 0106 为了评估新的贡献值计算公式和相应的激励机制的效果，利用参数分析时采集数 据使用的园区网内的P2P文件共享平台进行试验，该网络，每天登录该系统的独立IP超过 10000个。在系统运行了5个月后，从以下几个方面对比分析采用新规则前后的数据。 0107 （1）对比相同时。
30、长内，引入本文提出算法的系统和未引入激励机制的P2P系统，可 用资源总量随着时间的变化情况。通过引入新的规则，提高了节点共享资源的积极性，增加 了系统可用资源总量。 说 明 书CN 102932460 A 8/8页 10 0108 （2）对比了引入新规则前后系统共享文件节点数的变换情况。引入新规则后，共享 文件节点数的分布情况如图6所示。对比图4不难发现，更多的节点参与到了资源的共享 中来，以往由单个节点共享的资源，开始由越来越多的节点共享。总体上体现在共享节点数 的增加，细节上体现在共享节点数为1的文件开始减少，向多节点方向集中。 0109 （3）引入新规则前后系统中共享文件种类的变化情况。。
31、引入新规则后，对比图5和 图7不难发现，C1类文件的比重由81%下降到了68%，而C2类的文件由12%上升到了21%， 而其他类文件也由7%增加到了11%。 0110 （4）引入新规则后系统中共享文件生存周期的变化，可以发现文件的生存周期向 中间值收敛，即有一定数量的短周期文件延长了文件的共享时间，与预期的相符，如图8所 示。 0111 本发明针对园区网P2P系统文件共享中广泛存在的“搭便车”和“公共悲剧”现 象，在分析比较现有激励机制的基础上，提出了一种基于贡献值的激励机制。该机制利用贡 献值函数进行节点的贡献值计算，促使节点为实现其自身收益最大化而向整个网络贡献资 源。提高了节点贡献资源的。
32、积极性，提高系统的公平性和有效性。通过校园网中的实验测 试表明：该机制能有效的实现P2P系统中存储资源分配的公平性，达到激励节点参与贡献 资源的目的，抑制节点的自私行为。 0112 应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的 而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记 载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 说 明 书CN 102932460 A 10 1/3页 11 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102932460 A 11 2/3页 12 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102932460 A 12 3/3页 13 图6 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102932460 A 13 。