基于博弈论的P2P激励模型的研究与设计

作     者：张娓娓 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范训礼

授予年度：2009年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 081201[工学-计算机系统结构] 0701[理学-数学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：对等网络 博弈论 激励机制 纳什均衡理论 资源分配算法 

摘      要：随着信息技术的进步与互联网的飞速发展,P2P网络系统的规模越来越大,P2P网络系统中的搭便车(flee-riding)现象正在变得越来越严重。于是,促进结点对资源公平共享的激励机制应运而生。 本文在分析和总结现有激励模型的基础上,针对free-riding问题,提出基于RDEC算法的激励机制,通过仿真实验对所提出的算法进行了分析和验证,其目的是根据结点的贡献提供差别服务,同时最大化系统的效用。最后运用RDEC算法设计并实现一个具有激励机制的系统。 本文的主要内容包括: 1.针对P2P网络中普遍存在的free-riding问题,分析free-riding现象对系统的影响,并论述了解决这一问题对P2P网络的重要性。 2.分析比较目前已有的基于微支付的模型、基于直接互惠的模型、基于信誉的机制和基于惩罚机制的激励模型,并讨论它们的优缺点。 3.针对已有模型存在的问题,结合博弈论中的纳什均衡理论和P2P网络中的实际情况,利用纳什均衡理论对P2P网络中的相关行为进行说明。根据纳什均衡理论中的伯川德双寡头模型提出了基于收益值和贡献值的资源分配算法(RDEC)的激励机制模型,此外,本文还对未使用激励机制的P2P系统以及使用了Tit-for-tat机制的P2P系统在相同仿真环境进行了实验,并将他们与本文提出的RDEC算法进行了比较。实验结果表明所提出的RDEC算法在系统中自私类结点的变化、系统总效用和系统负载三个性能指标方面明显优于没有激励机制的P2P系统,也比Tit-for-tat的激励机制要好。结果验证了所提算法的正确性和有效性,达到了激励结点并最大化系统效用的目的。 4.运用所提出的基于RDEC算法的激励机制模型,设计并实现了基于该机制的一个原型系统。在系统设计中,采用了完全分布式设计和单结点上的分层结构,并以最小化的系统接口保证了本机制可以在多数P2P网络系统中运行。通过在已有的开源KAN8888系统上加进RDEC算法的激励机制,对比分析测试结果表明,所提算法能够大大提高系统的性能。