基于合作博弈的P2P内容分发技术的设计和分析

【摘要】P2P内容分发网络是融合了P2P网络和内容分发技术各自的优点而产生的，是目前互联网应用领域研究的热点之一。但是在实际的网络环境中存在着大量的自私节点，它们占用大量的带宽资源却又不愿意为其他节点提供下载服务，导致“搭便车”和“公共地悲剧”现象的产生。这违背了P2P最初的设计理念，严重影响了系统的整体性能。本文针对这一现象，引入了经济学中的合作博弈理论，利用合作博弈理论中的三种技术：Shapley值、NBS(NashBargainingSolution)和RepeatedGame来解决P2P内容分发网络中激励节点合作实现资源共享的问题。本文首先对P2P内容分发网络进行了综述，包括研究背景、研究现状和研究意义，重点讨论了目前已有的激励机制。接着介绍了P2P技术、内容分发网络(CDN)和博弈论等理论知识。最后针对目前激励机制在P2P内容分发网络中存在的问题，提出了基于合作博弈的内容分发技术的设计方案，目的在于抑制“搭便车”现象的发生和促进节点合作，从而提高P2P内容分发网络的整体性能。本文基于合作博弈的P2P内容分发技术的设计和分析主要包括三个方面：首先，提出了基于Shapley值的P2P视频点播系统的存储管理机制。该机制通过采用Shapley值的方法实现了P2P视频点播系统中合作收益的公平合理分配，从而激励了节点参与合作，提高了随机搜索操作的命中率；其次，提出了基于NBS的社会P2P网络的内容分发管理方案。在社会P2P网络这种典型的P2P内容分发网络中，由于节点都具有社会属性，节点之间易形成合作联盟从而实现带宽共享，但是节点合作时的最优策略选择和节点的公平性等问题亟需研究。因此我们通过建立讨价还价博弈模型并求出了纳什谈判解，提高了节点的效率和公平性；最后，提出了社会P2P网络中基于重复博弈的惩罚激励机制。在社会P2P网络中，由于节点都是自私的，我们不能保证在整个合作过程中所有节点一直都是诚信的，针对怎样防止节点欺诈行为发生的问题，提出了惩罚激励机制“Punishment-Forgiving-Restoring(PFR)”。该机制有效地抑制了节点欺诈行为的发生，促进了节点的诚信合作并且提高了系统的平均收益。仿真结果表明，基于合作博弈的P2P内容分发技术能够有效地抑制了“搭便车”行为，实现了P2P内容分发网络资源的合理分配，平衡了网络的效率和公平性，提高了网络的整体性能，对推动P2P内容分发技术应用的进一步发展具有重要意义。
【作者】汪桂琳；
【导师】朱艳琴；
【作者基本信息】苏州大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】P2P内容分发网络；合作博弈；Shapley值；NBS；重复博弈；

【参考文献】
[1]杨阳.UHF RFID标签天线设计理论研究与应用[D].兰州理工大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[2]诸志强.大跨度钢桁架斜拉桥理想成桥状态和施工阶段力学行为分析[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[3]赵志刚.基于J2ME的蓝牙联网俄罗斯方块游戏的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[4]陈珠.法律翻译的主要难点及对策[D].曲阜师范大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[5]王涛.A Study of the English Translation of Wolf Totem from the Perspective of Translation Aesthetics[D].西安外国语大学,翻译,2014,硕士.
[6]白玉.台湾地区起诉审查制度研究[D].山东大学,诉讼法学,2013,硕士.
[7]张可.商标权与商号权、域名权的冲突与对策研究[D].河北经贸大学,民商法学,2012,硕士.
[8]张青华.中国重彩画中金属颜料的表现技法初探与个人创作实践体会[D].首都师范大学,美术,2014,硕士.
[9]姚泽光.旧沥青路面及沥青混合料加热技术研究[D].长安大学,工程机械,2014,硕士.
[10]金琦.中国棉花进口及其依存度研究[D].华中农业大学,产业经济学,2014,硕士.
[11]杨旭,陈芳艳,唐玉斌.修复PAHs复合污染体系的高效菌群构建及降解特性[J].环境工程学报,2014,01:360-365.
[12]陈煜.中资企业海外投资风险管理研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[13]杨忠勇.潮汐河口河槽悬沙侧向捕集机制研究[D].华东师范大学,自然地理学,2014,博士.
[14]李小亮.时序扩展的UML状态图的测试用例生成研究[D].西南大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[15]陈双.城市湿地景观评价及保护研究[D].中南林业科技大学,风景园林,2013,硕士.
[16]李世强.莲心碱与叶绿素膜分离的实验研究[D].天津大学,化工过程机械,2004,硕士.
[17]周海涛.浅析当代工笔花鸟画对宋人花鸟画的继承与发展[D].云南师范大学,美术（专业学位）,2013,硕士.
[18]曹晓燕.新公共管理理论视角下我国政府对非物质文化遗产保护机制的研究[D].长春工业大学,行政管理,2013,硕士.
[19]娄林洁.定心方对ApoE基因敲除小鼠动脉粥样硬化及内脏脂肪素表达的研究[D].南方医科大学,中西医结合基础,2012,硕士.
[20]袁正.基于DOE的内燃机排气消声器设计方法研究[D].合肥工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[21]庆飞.基于组合挖掘的反铲液压挖掘机工作装置优化设计[D].重庆大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[22]赵希才.2004年国际大电网会议系列报道——电力系统保护与自动化[J].电力系统自动化,2005,04:1-5.
[23]陆建兵.区域水资源优化配置与土地生态潜力研究[D].扬州大学,2005.
[24]王彩红.组蛋白H3K27三甲基化和乙酰化调控小鼠胚胎发育能力的研究[D].安徽大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[25]张文灿.框架理论视野下我国控烟报道的新闻框架探析[D].华中科技大学,新闻学,2013,硕士.
[26]朱修怡.苄硫醇保护的金纳米团簇合成方法研究和性质探索[D].安徽大学,有机化学,2014,硕士.
[27]王本伟.中药重楼皂苷类成分的体外分析与体内处置过程研究[D].第二军医大学,药物分析学,2013,硕士.
[28]王彬.基于驾驶模拟实验的跟车行为及其模型研究[D].北京交通大学,2013.
[29]刘甜.历史建筑商业功能改造研究[D].青岛理工大学,建筑设计及其理论,2012,硕士.
[30]吴拾红.智力残疾人群社会支持研究[D].南京师范大学,社会学,2012,硕士.
[31]陈磊.nHA/PLGA支架材料复合兔软骨细胞体外培养的生物相容性研究[D].广州医科大学,外科学,2014,硕士.
[32]丁爽.厌氧氨氧化关键技术及其机理的研究[D].浙江大学,环境工程,2014,博士.
[33]冯玉.数据仓库环境中近似查询处理技术研究[D].中国科学院研究生院（计算技术研究所）,2002.
[34]王洁.歌唱颤音技术探究[D].天津音乐学院,音乐音乐学,2013,硕士.
[35]张金晶.奇台社火调查研究[D].新疆师范大学,民族学,2013,硕士.
[36]胡钢,曾燮榕,马俊,邹继兆,彭彪林.炭/炭复合材料微观结构对热电性能的影响[J].无机材料学报,2015,04:357-362.
[37]王晓英.激光视网膜损伤中M(?)ller细胞—神经元相互作用的研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,病理学与病理生理学,2004,硕士.
[38]赵娜.氧化石墨对蜂蜜基质中四环素的吸附研究[D].福建农林大学,2014.
[39]赵紫敬.基于MATLAB的电磁层析成像系统灵敏度仿真计算[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[40]袁学荣.现代汉语“X是X”结构研究[D].吉林大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[41]贾明萌.汽车下控制臂橡胶衬套粘接材料及粘接性能研究[D].吉林大学,有色金属冶金,2014,硕士.
[42]天源证券、方正证券研究员王参合　程荣庆.概念主导基金缺席科技股“虚”怀若谷[N].证券时报,2013-03-15A14.
[43]张伟.南北方女大学生月经情况与中医体质相关性的调查分析[D].黑龙江中医药大学,中医妇科学（专业学位）,2014,硕士.
[44]甄江旭.Armchair石墨烯纳米带的第一性原理研究[D].河北师范大学,2013.
[45]马步匀.《中国国家地理》文本风格研究[D].北京印刷学院,传播学,2013,硕士.
[46]王丹.144例原发胃肠道淋巴瘤临床诊治分析[D].吉林大学,临床医学（专业学位）,2014,硕士.
[47]王英芬,朱静,陈京田,杨俊法.农机培训教学过程中电教媒体优化组合的过程及特性[J].中国农机化.2003(05)
[48]刘萌.异质投资者下股指期货的定价误差与信息传递[D].浙江工商大学,金融学,2012,硕士.
[49]苏垚.新农合医疗制度实施中的政府行为研究[D].郑州大学,行政管理,2013,硕士.
[50]王凯.MIM隧道结发光性能及电流—电压特性的研究[D].南京邮电大学,光学工程（专业学位）,2013,硕士.