Аналіз динаміки та використання ресурсів для обміну файлами в P2P-мережах по просторово-часової моделі
Анотація
У даній роботі ми вивчаємо демографічну динаміку та оптимізацію використання ресурсів для обміну файлами в P2P-мережах, причому доступність необхідного файлу не гарантується. Спершу вивчається система детермінованою рідинної моделі, а потім більш докладно аналіз ланцюга Маркова, який дозволяє оцінити час життя системи. Крім того, базова топологія мережі змодельована простою геометрією. У результаті використання отриманої просторово-часової моделі ми оцінюємо, наскільки може бути зменшено звернення до ресурсу в мережі, наприклад, вибравши найближче джерело для завантаження, а не випадковий.
Введення
Програми peer-to-peer (P2P), такі як обмін файлами, останнім часом стали займати значуще місце в області інтернет-комунікацій. Пізніші версії таких додатків це: Gnutella, Napster і Kazaa, в той час як BitTorrent нині найпопулярніші системи. Системи P2P використовують більшу частину трафіку в Інтернеті. З точки зору оператора важливо, щоб транспортне навантаження виробництва P2P-додатків сильно не навантажувала мережу. Ефективне використання ресурсів мережі, також поліпшить обслуговування окремих бенкетів за рахунок скорочення середнього часу очікування.
Ми робимо акцент на подібному BitTorrent протоколі P2P через його популярності, але результати застосовні і до інших протоколах. Ідея протоколу BitTorrent полягає в тому, щоб розбити файл на блоки так, щоб різні частини можна було скачати з декількох бенкетів одночасно. Розмір блоку, як правило, становить 256 Кб. Ви можете побачити технічні параметри BitTorrent в статті [1]. Проведені дослідження в статтях [2], [3], [4], показали, що розвиток одного файлу в системі можна розділити на три етапи. На першому етапі збільшується попит на недавно з'явився файл. Далі слід стійкий стан і, нарешті, загибель файлу.
Було проаналізовано кілька статей про P2P системах обміну файлами по стохастичним моделями. В роботі [5], аналіз BitTorrent представлений зразок перехідного і усталеного державного режиму. Потужність перехідного режиму вивчається по ветвящимся процесам, а стійкий стан за допомогою моделі Маркова. У роботі [6] досліджується продуктивність системи детермінованою рідинної моделі, в той час як в статті [7] затримки мережевого рівня змодельовані затримкою одного відкритого класу мереж масового обслуговування і затримки рівноправного рівня затримками M/G/1/K процесора обміну черг. Однак ці моделі не враховують всіх вищезазначених фаз з процесу обміну, а саме спалах натовпу, стійкий стан, і особливо кінець фази.
У цій роботі ми вивчаємо динаміку обміну блоками, тобто однієї частини з файлу, в системі P2P. Спершу ми змоделюємо детерміновану рідинну модель і досліджуємо динаміку середнього числа користувачів (downloader) та джерел (seeds) протягом довгого часу. Детерміновані рідинні моделі, однак, нездатні охопити всі деталі процесу обміну блоками, такі як можлива нестійкість і зникнення з системи. З цієї причини ми побудуємо повну модель Ланцюги Маркова для отримання більшої інформації про життєвий цикл процесу обміну блоками.
Забезпечуючи користувачів і джерел інформацією про розташування, далі ми вивчаємо, як вибір бенкету впливає на використання ресурсів в мережу. Ми пропонуємо просторово-часову модель для системи P2P, в якій топологія Інтернету абстрагована сферою, на якій розташовані бенкети. Метрика відстані між двома бенкетами з погляду затримки або пропускної здатності асимілюється з їх геометричним відстанню. Розглянемо дві різні стратегії вибору бенкетів; в першому випадку вибирається випадковий джерело, а в другому шукаємо найближчий. Очікувані значення використання ємності для двох обраних з цих стратегій бенкетів отримані, і також динаміка системи вивчена шляхом моделювання.
Стаття організована таким чином: У розділі 2 рідинної моделлю була вивчена система демографічної динаміки. Потім у розділі 3 була побудована модель Ланцюги Маркова для того, щоб обчислити час до зникнення. У розділі 4 вводиться геометричний підхід до моделювання обміну блоками і порівнюється різний вибір стратегії бенкетів. Нарешті, в розділі 5 підведені підсумки статті.
Детерміновані рідинні моделі для обміну блоками
У цьому і наступних розділах ми проаналізуємо демографічну динаміку обміну блоками одного файлу. Ми досліджуємо, як змінюється кількість користувачів і джерел з моменту появи блоку до його зникнення. При зникненні одного блоку припиняється доступ до всього файлу, оскільки стає неповним. Робота мотивуєтьс...
