抗毁性敏感的非结构化P2P覆盖网络拓扑优化问题研究

覆盖网络拓扑优化技术对非结构化P2P系统更高效更广泛的应用，具有重要的推动作用。由于非结构化P2P网络高度的动态特性决定了其难以保证拓扑的稳定性以及难以提供完全可靠的服务，从网络抗毁性的视角出发进行非结构化P2P覆盖网络拓扑优化方面的探索性研究具有重大理论意义和应用价值。本项目通过分析P2P自组织拓扑演化过程中网络连通性被破坏的主要机理，阐明非结构化P2P覆盖网络拓扑中节点和连接与网络抗毁性的内在联系和相互作用机制。面向拓扑演化全生命周期，打破拓扑优化可能牺牲网络抗毁性的观点，从主动避免和动态自恢复两个层次提出抗毁性敏感的拓扑优化策略，动态、自适应地发现覆盖网络拓扑的薄弱环节，有针对性地加强和优化，从本质上增强系统对覆盖网络分割的抵抗力，同时显著提高系统的性能和容错性，发展抗分割、高效率、高容错的多目标协调发展的非结构化P2P覆盖网络拓扑优化理论，为高可靠的P2P应用奠定基础。

由于非结构化P2P网络高度的动态特性决定了其难以保证拓扑的稳定性以及难以提供完全可靠的服务，从网络抗毁性的视角出发进行非结构化P2P覆盖网络拓扑优化方面的探索性研究具有重大理论意义和应用价值。本项目面向拓扑演化全生命周期，从主动避免和动态自恢复两个层次进行抗毁性敏感的拓扑优化问题研究。首先，提出了一种基于逆向选择的拓扑优化机制，通过在每个节点记录其他节点的请求和应答情况，拒绝不向自己提供资源的节点的连接，通过惩罚“搭便车”节点，促进节点间的资源共享。接下来，提出了基于蚁群模型的择优连接拓扑演化方法，依靠智能化蚁群模型中信息素变化增加拓扑连接和删除拓扑连接，进而采用令牌机制对增加与删除连接进行动态平衡，在维持网络拓扑择优演化的同时保证网络的连通性不被破坏。第三，将自然连通度作为P2P网络抗毁性的一种测度指标，计算并比较网络在节点失效前后的自然连通度大小，评价网络中节点的重要性，通过降低重要影响节点失效所带来的网络不稳定性，提高网络的抗毁性和可用性。第四，提出了一种简单、有效、分布式的拓扑关键点发现算法，通过在各个候选节点的探测行为之间建立起一种信息交互机制，减少探测数据的泛洪投递次数，提高拓扑关键点发现效率。最后，提出了一种网络拓扑异常快速自修复方法，通过设计维护节点备用连接机制，使节点能够自主、快速、可持续的修复邻接表异常，保证网络拓扑的正确性、连通性和可靠性。由于通过上述研究动态、自适应地发现覆盖网络拓扑的薄弱环节，有针对性地加强和优化，从而从本质上增强系统对覆盖网络分割的抵抗力，同时显著提高系统的性能和容错性。