基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P文件分發(fā)的研究.pdf

1、文件分發(fā)是一類將文件發(fā)送到大量的終端用戶的應(yīng)用的總稱，包括了文件共享、流媒體在線觀看等一系列最為常見用的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶的規(guī)模越來越大，對文件發(fā)布的性能要求也越來越高。P2P技術(shù)利用了普通用戶的計算資源和上傳帶寬資源，可以提高文件分發(fā)的性能。網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding)是近幾年通信科學(xué)一個新興的研究領(lǐng)域。使用網(wǎng)絡(luò)編碼后，通信的中間節(jié)點(diǎn)不再是直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而是將收到的一些包編碼成一個新的包后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，目的節(jié)點(diǎn)

2、進(jìn)行解碼得到原始數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)編碼和P2P技術(shù)結(jié)合，可以顯著提高文件分發(fā)的分發(fā)速度、魯棒性、可擴(kuò)展性等多方面的性能。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)有：
　　 1)本文提出了稀疏線性編碼算法，并由Cooper的關(guān)于稀疏矩陣的研究成果推導(dǎo)出關(guān)于稀疏線性編碼的編碼成功率的定理。使用稀疏線性編碼，可以降低網(wǎng)絡(luò)編碼的編碼復(fù)雜度，與原有的完全編碼相比較，編碼復(fù)雜度由O(n)下降到了O(log n)，其中n是原始數(shù)據(jù)信息的數(shù)量。在對較大

3、的文件進(jìn)行分發(fā)時，稀疏編碼可以在保持高編碼成功率的情況下，達(dá)到比完全編碼算法高得多的編碼速度。實(shí)驗(yàn)中，以主流配置(Intel Pentium D3.2GHz，1GB RAM)的個人計算機(jī)對128MB文件進(jìn)行編碼，在分塊大小為256KB時，平均編碼速度達(dá)到了7MB/s，可以不拖累網(wǎng)絡(luò)傳輸。
　　 2)網(wǎng)絡(luò)編碼可以通過優(yōu)化數(shù)據(jù)塊調(diào)度的方式提高P2P文件系統(tǒng)的性能。我們將稀疏線性編碼引入了P2P文件分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一個使用稀疏線性編碼

4、的系統(tǒng)(SNC)?；谙嗤蚣?，同時也實(shí)現(xiàn)了一個不使用編碼的P2P文件分發(fā)系統(tǒng)(LRF)，其中使用了局部稀缺優(yōu)先算法進(jìn)行數(shù)據(jù)塊調(diào)度。我們在局域網(wǎng)平臺上進(jìn)行了文件分發(fā)的對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在平均下載時間，總發(fā)布時間，整體吞吐量幾個方面，SNC比LRF性能更好。平均來說，使用稀疏編碼減少了約10-15％的下載時間。
　　 3)我們提出了預(yù)先檢測機(jī)制，以避免無效(線性相關(guān))的數(shù)據(jù)塊被發(fā)送?；谕瑯涌蚣埽覀儗?shí)現(xiàn)了一個使用預(yù)先檢測機(jī)

5、制和稀疏線性編碼的P2P文件分發(fā)系統(tǒng)(SmartCode)，以及用于對照的無編碼系統(tǒng)(LRF)和未使用預(yù)先檢測的編碼系統(tǒng)(Ecode)。SmartCode是第一個使用稀疏編碼的廣域網(wǎng)文件分發(fā)系統(tǒng)。在PlanetLab上，我們進(jìn)行了三種系統(tǒng)的廣域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在平均下載時間和魯棒性方面，SmartCode的表現(xiàn)優(yōu)于其余兩個系統(tǒng)。相比于Ecode系統(tǒng)和LRF系統(tǒng)，SmartCode分別減少了平均7％和11％的下載時間。在魯棒性方面，