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p2p网络下的联邦学习全局模型训练方法研究

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P2P网络下的联邦学习全局模型训练方法研究

作者：周伊琳西安电子科技大学

学位级别：硕士

传统的集中式联邦学习系统依赖一个中央服务器来协调全局模型的训练过程。然而,集中式联邦学习的前提是所有客户端信任一个中央机构,一旦中央服务器出现单点故障,将导致系统崩溃和全局模型训练的失败。此外,系统中通常涉及大量的客户端... 详细信息

传统的集中式联邦学习系统依赖一个中央服务器来协调全局模型的训练过程。然而,集中式联邦学习的前提是所有客户端信任一个中央机构,一旦中央服务器出现单点故障,将导致系统崩溃和全局模型训练的失败。此外,系统中通常涉及大量的客户端,每个客户端与中央服务器进行直接通信和多轮次交互,这需要负担巨大的通信成本。因此,集中式联邦学习系统可能会出现单点故障和通信开销大的问题。事实上,在许多实际场景中的网络通常是点对点(p2p)架构的,如物联网。由于分散的客户端无法定期访问一个固定的中央服务器,如何在去中心化系统(如p2p网络)中部署联邦学习设置是一大研究课题。因此,本研究旨在p2p网络中研究联邦学习,以解决集中式联邦学习中可能出现的单点故障和通信开销大的问题,突破集中式联邦学习难以进一步发展的瓶颈,推动去中心化的联邦学习在车联网、智能家居及医疗保健等领域的进一步发展,具有十分重要的研究价值和意义。本文阐述了在p2p网络下进行联邦学习的研究背景及意义,并对前人工作进行调研和分析,重点研究如何提升p2p网络下联邦学习系统的通信效率和隐私保护性能,依次设计了p2p网络下分簇的联邦学习全局模型训练方法和基于本地差分隐私的高效的联邦学习全局模型训练方法,并设计了相关仿真实验,对两种方案的性能进行评估和对比。本文主要有以下研究工作:1.本文提出了p2p网络下分簇的联邦学习全局模型训练方法CFL,实现了去中心化的联邦学习。该方案通过分簇的网络结构设计来保证系统的通信效率,采用安全的通信密钥建立方法来保证数据的传输安全,采用认证加密技术来确保数据的机密性、完整性和真实性,采用随机噪声扰动的方法保护客户端的隐私。理论分析证明,该方案具有良好的隐私保护性能,能提供数据的完整性和真实性,其网络连通性可以确保系统的传输安全和训练效率,全局模型在理论上可以收敛。通过在垃圾邮件分类的场景中进行仿真,实验结果表明,该方案可以保证全局模型最终达到收敛,并取得了良好的分类能力和泛化能力;该方案具有掉线鲁棒性,在掉线的情况下依然可以获得良好的模型性能;该方案的通信数据量比ppT方案减少了43.25%,具有较高的通信效率;与ppT方案的加密和签名(解密和验证)相比,该方案在认证加密(认证解密)方面提升了单个客户端0.85%的计算效率。2.本文提出了基于本地差分隐私的高效的联邦学习全局模型训练方法CFL-LDp,致力于在CFL方案的基础上进一步提升系统的通信效率和隐私保护性能。该方案引入本地差分隐私技术,即每个目标客户端对其本地模型添加符合高斯分布的噪声,这从根本上保护了客户端的隐私。理论分析证明,与CFL方案相比,该方案具有更好的隐私保护性能,可以有效抵御网络中可能出现的合谋攻击,能提供数据的完整性和真实性,在理论上全局模型能够收敛。为了进行对比实验,通过在垃圾邮件分类的相同场景中进行仿真,实验结果表明,该方案可以保证全局模型最终达到收敛,并获得良好的模型性能;该方案在不影响模型性能的前提下,在CFL方案的基础上进一步提升了系统5.70%的通信效率;该方案在噪声操作上比CFL方案提升了58.16%的计算效率。

关键词：联邦学习 p2p网络通信效率隐私保护模型训练

p2p网络服务器部署方案及其启发式优化算法

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软件学报 2013年第9期24卷 2226-2237页

作者：曾明霏余顺争中山大学信息科学与技术学院广东广州510006

为了更好地利用服务器提升p2p网络的性能,提出了一种p2p网络服务器最优化部署方案.该方案将如何部署有限的服务器资源来满足尽量多节点的问题,转化为一个带有约束条件的最优化问题.考虑到极坐标空间适合于表达长度相关的约束条件,例如... 详细信息

为了更好地利用服务器提升p2p网络的性能,提出了一种p2p网络服务器最优化部署方案.该方案将如何部署有限的服务器资源来满足尽量多节点的问题,转化为一个带有约束条件的最优化问题.考虑到极坐标空间适合于表达长度相关的约束条件,例如部署方案中的约束条件,提出一种基于极坐标映射的启发式算法,解决p2p网络服务器最优部署问题.相比于通常的使用罚函数的启发式算法,该算法可以有效地减小搜索空间,其性能的改善在搜索空间维数高的情况下更加显著.实验结果表明,所提出的服务器部署方案可以满足更多节点的需求,能够有效提高p2p网络的性能.

关键词： p2p网络服务器部署启发式算法极坐标空间约束条件

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p2p网络流媒体关键技术

电子学报 2011年第4期39卷 919-927页

作者：秦丰林刘琚山东大学信息科学与工程学院山东济南250100

p2p网络流媒体技术一直是学术界和产业界的研究热点.本文围绕覆盖网络拓扑结构,对现有的p2p流媒体系统作了全面的归类总结,深入介绍和分析了覆盖网络构建、数据块调度策略等p2p流媒体核心技术,并概要讨论视频编码、网络编码、覆盖网络... 详细信息

p2p网络流媒体技术一直是学术界和产业界的研究热点.本文围绕覆盖网络拓扑结构,对现有的p2p流媒体系统作了全面的归类总结,深入介绍和分析了覆盖网络构建、数据块调度策略等p2p流媒体核心技术,并概要讨论视频编码、网络编码、覆盖网络拓扑优化、安全与激励机制等p2p流媒体相关增强技术.对典型p2p流媒体系统的性能进行了比较,指出了p2p流媒体技术研究面临的问题和挑战,并对将来的研究方向作了展望.

关键词： p2p网络流媒体 p2p视频直播 p2p视频点播

基于N抢占策略且播放器数可变的p2p网络性能分析

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信息网络安全 2022年第12期22卷 87-95页

作者：闫苗马占友姜子姝秦国丽燕山大学理学院秦皇岛066004

文章基于p2p节点在线机制,建立了一个服务台数量可变的M/M/c排队模型,同时引入N抢占优先权、不耐烦和延迟启动策略。文章构造I类内容和II类内容的队长和在线播放器数量的三维Markov过程,利用矩阵几何解推导出稳态下系统的性能指标,通过... 详细信息

文章基于p2p节点在线机制,建立了一个服务台数量可变的M/M/c排队模型,同时引入N抢占优先权、不耐烦和延迟启动策略。文章构造I类内容和II类内容的队长和在线播放器数量的三维Markov过程,利用矩阵几何解推导出稳态下系统的性能指标,通过数值实验分析性能指标随参数变化的关系,并通过对p2p节点进行合理收费建立收益函数,文章分析了p2p节点与收益之间的纳什均衡关系并在一定范围内得到最优社会效益,为p2p节点的调度提供理论依据。

关键词： N抢占优先权 M/M/c排队延迟启动矩阵几何解 p2p网络

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p2p网络的应用层共享树多播方案研究

计算机工程 2004年第20期30卷 34-36页

作者：倪敏东南大学计算机科学与工程系南京210096

研究p2p网络的应用层多播中共享树建立的机制,提出在p2p网络的应用层共享树多播方案中,应当将DHT查找发现根的机制与传统的建树机制结合起来,并结合Scribe系统给出了解决方案。

关键词： p2p网络应用层多播共享树

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p2p网络层次化信任模型

电子与信息学报 2007年第11期29卷 2560-2563页

作者：田慧蓉邹仕洪王文东程时端北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室宽带网中心北京100876

大规模文件共享p2p网络中节点之间发生重复交易的可能性较小而难以建立信任关系,从而导致p2p网络容易受到恶意节点攻击。针对该问题本文提出了基于群组的p2p网络层次化信任模型。该信任模型将信任关系划分为群组之间的信任关系,群组与... 详细信息

大规模文件共享p2p网络中节点之间发生重复交易的可能性较小而难以建立信任关系,从而导致p2p网络容易受到恶意节点攻击。针对该问题本文提出了基于群组的p2p网络层次化信任模型。该信任模型将信任关系划分为群组之间的信任关系,群组与节点之间的信任关系和节点之间的信任关系3个层次。节点利用本地信任信息或所属群组的推荐信任确定给定节点的信任值。仿真分析表明,该信任模型能够有效识别恶意节点,使p2p网络中合作节点具有较高的成功请求率。

关键词： p2p网络信任模型层次化信任关系中节点文件共享仿真分析群组

基于抢占优先排队的p2p网络资源搜索机制及性能分析

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系统科学与数学 2023年第5期43卷 1242-1259页

作者：王荣马占友闫苗王顺智燕山大学理学院秦皇岛066004

受移动p2p网络环境影响和节点异构性及自身资源的限制,常存在节点不愿参与资源查询的自私行为,针对该问题,文章基于排队理论建立一个新的资源搜索机制,通过令协同合作度高的节点享有较高的查询优先级,自私性节点需接受第二次查询服务的... 详细信息

受移动p2p网络环境影响和节点异构性及自身资源的限制,常存在节点不愿参与资源查询的自私行为,针对该问题,文章基于排队理论建立一个新的资源搜索机制,通过令协同合作度高的节点享有较高的查询优先级,自私性节点需接受第二次查询服务的策略,激励节点积极参与资源查询,减少用户访问时延和资源节点丢失率,提高节点服务质量及系统整体效用,建立p2p网络高效资源搜索机制.构造带有抢占优先、二次可选服务以及同步多重工作休假的排队模型,利用拟生灭过程和矩阵几何解方法得到该资源搜索机制的稳态分布,并求出该机制的平均队长,平均逗留时间,总能耗等性能指标,通过数值实验,分析参数变化对系统的各项性能指标的影响,最后构造系统的效用函数,讨论资源查询节点的最大个人收益,社会收益以及该资源搜索机制的最优服务率.

关键词： p2p网络资源查询激励机制矩阵几何解社会最优

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p2p网络中激发型蠕虫传播动态建模

电子学报 2012年第2期40卷 300-307页

作者：冯朝胜袁丁卿昱秦志光四川师范大学计算科学学院可视化计算与虚拟现实四川省重点实验室四川成都610101 中国电子科技集团公司第30研究所四川成都610041 电子科技大学计算机科学与工程学院四川成都610054

鉴于激发型蠕虫的巨大危害性,本文在考虑网络动态变化的情况下对激发型蠕虫的传播进行了深入地研究,提出了激发型蠕虫动态传播数学模型和免疫模型,并基于动态传播数学模型推导出了激发型蠕虫不会泛滥的充分条件.大规模仿真实验验证了传... 详细信息

鉴于激发型蠕虫的巨大危害性,本文在考虑网络动态变化的情况下对激发型蠕虫的传播进行了深入地研究,提出了激发型蠕虫动态传播数学模型和免疫模型,并基于动态传播数学模型推导出了激发型蠕虫不会泛滥的充分条件.大规模仿真实验验证了传播模型的有效性和蠕虫不会泛滥充分条件的正确性.基于传播模型的分析表明,下载率是影响蠕虫传播的关键因素,蠕虫基本繁殖率是衡量蠕虫传播能力的关键指标.基于实测p2p网络数据和传播模型,预测和估计了激发型蠕虫的传播能力、传播速度和危害性,指出尽早重视p2p激发型蠕虫特别是尽早找到检测和控制方法的重要性和迫切性.

关键词： p2p网络激发型蠕虫动态性传播建模基本繁殖率仿真

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p2p网络中沉默型蠕虫传播建模与分析

计算机研究与发展 2010年第3期47卷 500-507页

作者：冯朝胜秦志光劳伦斯·库珀特罗瑞莎·托卡库克电子科技大学计算机科学与工程学院成都610054 伦敦大学玛丽皇后学院电子工程系伦敦E14NS 四川师范大学计算机科学学院成都610066

蠕虫给Internet带来巨大威胁,给作为Internet覆盖网的p2p网络带来的威胁更大,这主要是由p2p网络本身的特点决定的(就是这些特点为用户带来巨大方便).考虑到威胁p2p网络的3种蠕虫中沉默型蠕虫传播模型还没有被提出(其他2种分别为被动型... 详细信息

蠕虫给Internet带来巨大威胁,给作为Internet覆盖网的p2p网络带来的威胁更大,这主要是由p2p网络本身的特点决定的(就是这些特点为用户带来巨大方便).考虑到威胁p2p网络的3种蠕虫中沉默型蠕虫传播模型还没有被提出(其他2种分别为被动型蠕虫和主动型蠕虫)和沉默型蠕虫的巨大危害性,提出了沉默型蠕虫的传播模型和免疫模型,并基于该模型推导出了沉默型蠕虫不会流行的条件.为了考查各个p2p参数对蠕虫传播的影响和从实践上验证推导出的蠕虫不会流行的条件,使用Matlab进行了大量仿真实验.实验表明,理论推导出的蠕虫不会流行的条件是正确的;实验还进一步表明,蠕虫的流行程度是由流行指数来决定的,这为提出蠕虫控制策略提供了依据.通过对决定流行指数的几个参数的分析表明,在发现蠕虫时迅速降低下载率是补丁发布前控制蠕虫最有效的办法.

关键词： p2p网络沉默型蠕虫流行指数传播建模仿真