浅谈P2P文件共享系统中面向协商的激励机制

浅谈P2P文件共享系统中面向协商的激励机制 引言 搭便车(free-riding)现象在P2P文件共享网络中大量存在，阻碍了系统的发展。P2P网络的可扩展性、公平性和稳定性依赖于节点资源的共享，但出于自私的天性，节点大多不愿意与其它节点共享自己的资源，只希望享受别人提供的资源。在网络层中这些自私节点的表现是:不提供数据包的转发服务甚至不参与路由服务以节省自身资源的消耗;在应用层中自私节点的表现是:不提供文件下载、存储、数据处理等共享服务。随着时间的推移，这将严重打击共享服务节点的积极性。 同时，P2P网络倡导的节点匿名和自愿提供资源的准则也助长了搭便车行为。据测算，P2P网络中20%的热心节点承担了近90%的资源服务流量，大部分节点只提供少量或根木不提供服务和资源。搭便车行为违背了通信协作资源共享的理念，降低了对等网络的性能，也增加了系统的脆弱性。研究结果表明，网络中搭便车节点超过一定比例后，搭便车节点的继续增多会使网络的吞吐率急剧下降，甚至导致整个P2P应用系统崩溃。因此，应该适当抑制搭便车行为。 为此，研究者们开始采用激励机制来控制P2P文件系统中的搭便车现象。 1相关研究 目前己提出的激励机制大致分为通类，包括基于社会网络或经济关系的激励机制、基于博弈论的激励机制、基于信誉的激励机制和基于机制的激励。基于经济关系的激励机制提出以社会网络中市场的等价交换方法实现激励即资源节点提供了服务便可以获得等价的回报。基于博弈论的激励机制采用定量化分析方法，将节点的行为选择与整个系统中同时在线的其他节点的行为选择紧密相关，让贡献越多的节点获取更多的资源服务，同时防范合谋获利的现象。基于信誉的激励机制中，节点根据提供者的信誉值决定合作程度，对不合作行为进行惩罚，对合作者实行奖励，使双方能够互惠互利的合作。基于机制设计的激励方法把任何可能的节点类型配置映射为机制设计者所期望结果的方法。机制设计通过转移支付影响节点的收益使设计者期望的结果成为均衡解。 以上抑制搭便车行为的方法中被研究得最多的是信誉激励机制。信誉激励机制强调节点须通过贡献资源来积累信誉，当信誉到达一定额度后就可以从其他节点获得资源。例如文献提出一种分布式支付机制，节点通过向资源占有节点支付货币来购买需要的资源，并向其他节点售出自己的资源来获取货币。 文献对很多系统研究后，认为它们大多采取根据节点所提供服务的改进程度，来获得相应的改进服务的激励。例如在文件共享应用中，基于它从某个节点的下载速度，一个节点会降低或者提高对那个节点的上传速度;根据节点的贡献率，提供不同质量的。有些方案则鼓励节点为其他节点路由一些网络信息，另一些系统将低代价偿还机制应用到系统中。 总之，上述方法在一定程度上限制了搭便车行为，但也给新节点和信誉度未达额度的节点参加交易设置了门槛。还给一些以在线用户数量来衡量系统价值的节点(如网店和视频网站)的网络用户数量的增加带来了影响，因为这些节点的主要目的是推销信息、扩大影响。 木文提出面向协商的激励机制(incentive mechanismsfor negotiation, lMN)，让信誉度暂时较低，但消费文件和资源愿望迫切的节点先与贡献文件的节点达成文件供求协议，并允许其先下载文件，随后消费节点再通过向网络贡献文件资源来提高信誉度，没有按承诺在规定时间完成协议的节点将受到降低信誉度的惩罚，直到信誉度与新节点等同。其中1 MN中文件供求协议起到制约双方行为的作用。 2而向协商的激励机制 2. 1基本思想 借鉴社会经济活动中的协商机制，通过供求双方的利益关系和协议，约束消费节点和供应节点的行为，到达限制搭便车行为的目的，设计原则是:①消费节点按协议约定的贡献量换取消费量;②设置协议公证节点，负责协议执行情况的评价和协议的第三方保存，减少恶意欺骗行为;③节点根据文件价值、节点信誉度、贡献节点可获得的信誉增量、违约惩罚度、协议时间等计算协议可行度，双方的协议可行度超过阂值即可达成协议;①达成供求协议后双方节点可进行交易，但必须在协议结束时间点前按要求履行协议的承诺，否则要接受惩罚。 2. 2激励和惩罚算法 节点执行文件供求协议的主要过程为:①消费节点向贡献节点提出文件需求，生成协议;②双方评估协议可行性，将达成的协议保存到协议公证节点;③双方执行协议;①协议公证节点评估协议执行情况。签订协议和协议评价是核心过程。网络中每个节点需设置协议表，用于保存自身的协议和为其它节点作公证的协议。节点有贡献文件线程、消费文件线程、协议评价线程等。 3实验模拟 实验是为了验证IMN对搭便车节点的抑制效果。在理想网络(任何节点都可以随意地访问网络中的其他节点)中进行试验，采用笔者编写的模拟器构造Unutclla结构的网络来完成实验。网络节点数为1000个，10000个文件按照幂律分布到网络节点上。节点每次交易时从其他节点那里随机选择还未被访问过的文件来提出请求，交易成功后消费节点就保存该文件，直到没有节点愿意与其交易或全部文件被访问完毕。 通过在网络中安排不同比例(1000-8000)搭便车节点，分别采用IMN激励机制和无任何激励机制进行实验，观察各实验时段点时两种情况下搭便车节点生存数量百分比的平均变化情况。可以看出，IMN激励机制对搭便车行为节点产生了明显地抑制作用。这是因为搭便车节点较低的信誉度积累而使其不能找到更多与其信誉度相符文件价值的文件，逐步退出系统或转变其它节点。 4结束语 搭便车行为普遍存在的P2P网络中隐藏着众多危机。最新研究表明，Unutclla的理性用户己由2000年的66%上升到81%以上，研究者们认为如果P2P系统中没有free-riding现象存在，网络系统的局部命中率会比目前高一倍，大量free-riding节点的存在，将导致系统中小部分节点服务于绝大多数节点。为了对搭便车行为实施有效的抑制，木文借鉴社会经济活动中的交易方式，在P2P网络的文件资源交易活动中引入面向协商的激励机制，对交易活动中各要素进行了模型化，建立了适合的节点交易的控制过程。实验表明，节点文件交易中的搭便车行为得以有效控制，热心节点和有愿望贡献文件资源的新节点的交易成功率和资源利用有了显著提高。 这种将通过协议制约节点行为的思想可以应用于其他P2P系统中。关键是服务协议及评价机制如何模型化，以及信誉度的分布式维护等问，它们都是下一步要研究解决的问题。