一种可控P2P文件下载算法

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2024年3月23日发(作者：)

研究与开发　

一

种可控Ｐ２Ｐ文件下载算法　

庞涛，黄海。龙斌，武娟　

（中国电信股份有限公司广东研究院广州５１０６３０）　

以ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ为代表的对等网络文件下载时存在带宽吞噬的难题，如何实现可控传输是这类应用　

可持续发展的必要条件。本文基于电信新业务平台——媒体电信网对可控传输的需求，提出一种　

可控性对等网络文件下载算法，采用集中式目录服务器传输调度有效限制骨干网负载流量；同时　

利用基于对等技术的分布式传输，采用空闲终端和补偿服务器相结合的策略进行补偿传输，以保　

持不低于ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ的下载速率。基于ＰＤＮＳ的数据包级大规模网络并行仿真结果证明了所提出算　

法的有效性．其综合性能优于ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ算法。　

关键词　可控对：等网；Ｐ２Ｐ　文件下载；Ｂ矾ｌ０口煳ｔ协议；对等节点　

１　引言　

以ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ（　（ＢＴ）为典型代表的Ｐ２Ｐ文件下载算法　

带给了用户高速下载的体验，但其存在的不可控性造成　

“带宽吞噬”问题，其造成的拥塞极大降低其他未使用Ｐ２Ｐ　

业务的上网速度。同时，由于ＢＴ基于应用层，缺少对物理　

拓扑的意识，容易造成骨干网上大量重复流量，对资源的　

利用率造成极大的浪费．对网络运营商而言极大降低产出　

投入比。　

为解决ＢＴ的不可控性．急需提出具有“可控性”的Ｐ２Ｐ　

文件下载新算法。可控性的含义主要包括：（１）流量可控。　

指对Ｐ２Ｐ流量实施合理调度，尤其是减少骨干网中不必要　

的网络架构——＿媒体电信网（ｍｅｄｉａ　ｔｅｌｅｃｏｍ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ＭＴＮ）１２１，　

提出一种基于ＭＴＮ具有可控性的Ｐ２Ｐ文件下载新算法　

（简称ＭＴＮ算法）。ＭＴＮ分层框架如图ｌ所示，主要包括　

运营支撑层、业务应用层、业务控制层和网络承载层。业务　

应用层中包括数字版权管理系统。负责解决困扰Ｐ２Ｐ商业　

化应用的版权问题，同时支持可控Ｐ２Ｐ下载、可控Ｐ２Ｐ直　

播和可控Ｐ２Ｐ点播算法：业务控制层负责资源的调度和管　

理，比如在本算法中要用到的服务器的管理；运营支撑层　

负责统计、计费等管理；网络承载层则负责网络接人。ＭＴＮ　

框架中已充分考虑版权和计费可控问题，本文算法重点解　

决可控性前两个方面的问题。　

对可控性第一方面的研究比较多（见§２），主要集中在　

的重复流量；（２）下载速率可控，即新算法的性能不能低于　

ＢＴ，否则用户不会选择；（３）版权可控；（４）计费可控。后二　

者是Ｐ２Ｐ能否大规模商业化应用的关键。　

本文以ＣＮＧＩ实际项目为背景，基于电信新业务平台　

Ｐ２Ｐ流量局域化方面，但未兼顾可控性的第二方面。若仅　

考虑Ｐ２Ｐ流量局域化，可能会降低Ｐ２Ｐ文件下载的平均速　

率，其原因分析如下：Ｐ２Ｐ流量局域化主要是控制对等节　

点（Ｐｅｅｒ）尽量从本域的邻居对等节点获取消息，当域内含　

有文件所有分块（Ｂｌｏｃｋ或Ｐｉｅｃｅ）的时候，域内的对等节点　

的下载速率显然会比较快：但当局域内无法提供所有分块　

国家发改委ＣＮＧＩ示范工程２００６年产业化及应用试验资助项目　

谤究葛舞发　

的时候，有一部分分块需要从外域邻居节点获取，但为了　

流量局域化，会限制一部分本域的对等节点从外域获得分　

块。这样从整体来看，存在对等节点可能获取分块的范围　

比原始ＢＴ协议中的对等节点获取分块的范围小，所以其　

带宽利用率没有得到充分的利用，从而局域化后的整个　

Ｐ２Ｐ会话的平均速率会有所降低，所以需要采取新的策略　

对下载速率进行有效补偿。　

运营支撑层　

［　［　

圆ｌ　ＩｃＰ管理Ｉ　圈圈圈　ｌ及结算ｌ　ｌ　Ｉ　Ｉ　

业务应

用层『

氍Ｉ

＝＝　看　

数字版权管理系统　ｌ回国　

厂—

　石瓦　］　

Ｉ　ｌ　Ｉ　

Ｉ　堡璺垄　竺　Ｉ　

业务控制层　

资源管理与调度系统　

ＣｈｉｎａＮｅｔ、ＣＮ２网络　

网络承载层　

臣　臣　匝　困　

图１　ＭＴＮ的总体架构　

综上所述，本文提出的可控Ｐ２Ｐ文件下载新算法不仅　

考虑流量的局域化，而且利用空闲资源来进行速率补偿，　

其中对物理拓扑的信息可以直接利用电信运营商的数据　

库获得．电信的ＣＤＮ网络中已经部署很多服务器，这些服　

务器资源可以用于控制和调度的目录服务器，而结合　

ＭＴＮ的具体要求，电信运营商需要提供一个特别设计的　

ＭＴＮ客户端程序。当ＭＴＮ终端处于空闲状态的时候，可以　

被目录服务器加以调度，从而对下载速率进行补偿。同时，　

电信的服务器也可以用作补偿服务器，即当空闲终端资源　

不足于调度的时候．补偿服务器加入到调度补偿的任务　

中。这样也可以充分利用网络的资源，减少服务器的压力。　

另外，ＭＴＮ网络中有相应的激励机制（如积分机制），可以　

保证当某个节点作为空闲终端使用后，其积分会随着上传　

速率相应增加，当该节点进行Ｐ２Ｐ下载时，可以获得较大　

的概率（以相应比例）被疏通。　

２　相关工作　

对可控性第一方面（即流量局域化）的研究，是针对　

网络层和应用层的拓扑不一致问题（也称为拓扑失配问　

题ｐ叫），可分两类：Ｐ２Ｐ文件下载和Ｐ２Ｐ流媒体，虽本文侧　

重Ｐ２Ｐ文件下载，但流量局域化的技术是可以通用的。　

Ｐ２Ｐ流媒体中流量局域化技术：Ａｎｙｓｅｅ和Ｎｅａｒｃａｓｔ等［５１　

采用地标（Ｌａｎｄｍａｒｋ）的机制解决流量局域化的问题，地标　

是一个５６位数据类型的值，由地理位置与ＩＰ的对应关系　

和一定的编码规则产生，作为调度路径上的“路标”。Ｌｉ［６］提　

出４层分层的相邻关系，通过各自级别的目录服务器来控　

制流量的局域化。　

Ｐ２Ｐ文件下载中流量局域化的研究也可分为以下两　

类。（１）针对有结构化的研究，例如Ｐｌｅｔｈｏｒａ是针对分布式　

哈希表（ＤＨＴ）查找的改进Ｉ　７Ｉ，分２个覆盖层：全局和局部覆　

盖层．其中局部覆盖层是相当于全局覆盖层的一个缓存．　

该缓存根据地理远近特征进行联合调度。（２）针对无结构　

化的Ｐ２Ｐ，例如针对ＢＴ、Ｇｎｕｔｅｌｌａ等协议的改进　。当前由　

运营商推出的Ｐ２Ｐ流量局域化改进是Ｐ４Ｐ［ｓ１，利用本地　

ｉＴｒａｃｋｅｒ和统一的ａｐｐＴｒａｃｋｅｒ来负责对等节点的选择．以　

保证流量的局域化以及系统的信息传递。Ｂｉｎｄａｌ等　提出　

有偏向的对等节点选择算法，其主要思想是：若有Ⅳ个邻　

居．Ｎ一　个从同一个ＩＳＰ中选择，而其余　个从外面随机　

选择。参考文献『１０１计算所有的近邻对等节点之间的片段　

融合度，一旦发现它们可以构成一个完整的对等节点群　

时．马上停止从外网下载片段．从而实现流量局域化。参考　

文献ｉ１１１提出基于邻近节点聚类方法，并利用基于马尔可　

夫链的流体数学模型从理论上证明了层次化结构的ＢＴ　

系统比原ＢＴ系统具有更好的文件共享性能。参考文献ｆ１２１　

将网络编码（ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃ０ｄｉｎｇ）新技术应用到Ｐ２Ｐ文件下载，　

并且采用时延探测的流量局域化技术，仿真结果显示优于　

未采用网络编码的Ｎａｒａｄａ，但局限于一类特殊的组合网络　

（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ）。　

本文设计的具有可控性的Ｐ２Ｐ文件下载算法，与现有　

研究的不同之处如下。　

・

相关研究关于流量局域化的工作，主要阐述如何获　

得局域的物理拓扑意识，仅限于可控性的第一个方　

面：而本文基于ＭＴＮ．可直接从电信网络数据库获　

得物理拓扑的相关信息，因此本文重点探讨如何从　

域外取分块和从域内取分块最优动态调度，达到既　

控制骨干网的流量，又尽量减少因对Ｐ＝２Ｐ施控造成　

的速率下降。　

・

现有研究未考虑可控性的第二个方面，本文则利用　

带有激励机制的空闲终端并结合补偿服务器来共　

电信科学２０１０晕　《　

同补偿因对Ｐ２Ｐ施控造成的速率下降问题，该补偿　局的资源管理、控制和负载均衡；ＤＲ是第二级的资源管理　

节点，负责局部域内的资源管理、控制和负载均衡。补偿服　

可以使得ＭＴＮ算法在保证流量局域化基础上．下　

载速率可以比ＢＴ性能更好，该算法有效支持对等　

节点高动态加入／离开。　

・

务器，由电信运营商广泛部署的ＣＤＮ资源构成．可以在　

ＭＴＮ中作为下载速率补偿。ＭＴＮ终端（活跃ＭＴＮ终端和　

空闲ＭＴＮ终端，前者具有某个对等组号．而后者没有对等　

组号）。ＲＭ通过和ＤＲ交互获取ＭＴＮ所有范围内的内容　

本文算法基于ＭＴＮ框架，可支持版权管理和流量计　

费，虽然后者超出本文讨论范围，但与本文算法结合　

后可以实现较完整意义上的可控Ｐ２Ｐ文件下载。　

３算法详述　

本文算法基于ＭＴＮ的分层框架．在对用户资源管理　

时，采用了对等组（ｇｒｏｕｐ）、域（ａｒｅａ）两级管理方式。　

对等组：针对某一特定内容源、由对等节点建立的共　

享团体，形成的一个传递特定内容源的虚拟的交互平台。　

一

个有用户使用着的内容源通常对应着一个对等组号。比　

如，当所有对等节点下载某个文件时，则这些对等节点将　

具有一个相同的对等组号。若某对等节点没有任何一个对　

等组号．意味着这个节点暂时没有下载任何的文件．称为　

“空闲ＭＴＮ终端”。　

域：由于同一时间共享一个内容的用户数量可能很　

多，为了进一步减轻目录服务器的压力，提供用户间共享　

的效率，将对等组内对等节点根据一定规则（如地域、加人　

次序等）组成更小粒度的通信团体。不同范围的域由不同　

级别的服务器来管理。　

基于ＭＴＮ的分层网络结构如图２所示。主要的网络　

元素包括：二层目录服务器，包括ＲＭｆＦｅｓｏｕｒｅｅ　ｍａｎａｇｅｒ）￣　

ＤＲ（ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ＲＭ），ＲＭ是第一级的资源管理中心，负责全　

图２基于ＭＴＮ的分层网络结构　

信息，而ＤＲ通过与ＭＴＮ终端交互获得局部的内容信息。　

下载内容是分布式存储在中心服务器和边缘服务器以及　

所有ＭＴＮ终端上。空闲ＭＴＮ终端在一定激励机制下，共　

享一部分资源（ＣＰＵ计算资源、存储资源、带宽等），由ＲＭ／　

ＤＲ统一调度和管理，共同实现高速下载的目的。　

本算法的详细设计思想包括以下三点。　

（１）流量局域化和内容均衡联合设计的Ｐ２Ｐ传输可控　

机制　

其一。流量局域化是通过充分利用电信所拥有的ＩＰ　

数据库信息得到的，与ＢＴ不同的是本算法中目录服务器　

需要增加位图（ＢｉｔＦｉｅｌｄ，位图中的每个比特用于标记分块　

的拥有情况）来掌握域内的分块内容的拥有情况，从而有　

效地进行调度。仿真实验证明对ＲＭ／ＤＲ的压力是在合理　

范围内。其二，单独保证流量局域化可能会降低下载速度，　

而单独考虑基于稀有优先（即采用纯ＢＴ机制）的内容均衡　

又会导致流量在骨干网上的对冲，针对此矛盾，将二者结　

合起来考虑，在目录服务器中采用自适应多阶段的推送机　

制，可分为非稳定阶段和稳定阶段。在稳定阶段采用流量　

局域化原则，而在非稳定阶段则可以采用快取原则，即不　

一

定遵循流量局域化的原则，只要能够尽快获取内容即　

可。这两个阶段由中心服务器控制自适应地切换。中心目　

录服务器管理网络中所有对等节点获取其他对等节点信　

息来控制ＭＴＮ骨干网流量；管理和调度网络中的空闲资　

源，实施相应的积分激励机制．并利用空闲资源和补偿服　

务器结合来补偿下载速率的下降。目录管理服务器一般采　

用分级分层结构。　

（２）基于空闲终端和补偿服务器的补偿加速技术　

通过目录服务器发现、更新和管理空闲资源．并调度　

空闲终端和补偿服务器来补偿和加速ＭＴＮ的下载速度．　

具体调度原则是尽量利用空闲资源来补偿下载速率．当空　

闲资源不足时才调用电信部门部署的补偿服务器的资源．　

以尽量减少补偿服务器的压力，有效改善资源投入产出比。　

（３）基于积分激励机制的阻塞和疏通技术　

采用积分机制来激励对等用户提供出尽可能多的空　

厮ｌ究与开发　

闲资源．而且将积分机制设计到ＭＴＮ下载算法的阻塞和　

疏通算法中。其中积分机制是由目录服务器实现。　

３．１　目录服务器端算法　

首先介绍目录服务器中的算法细节。　

为便于查找和推送，在目录服务器中的对等节点清单　

（Ｐｅｅｒｌｉｓｔ，某个对等节点的所有邻居对等节点ＩＰ列表）的　

结构为：对等组号一种子ＩＰ一非种子节点ＩＰ一空闲节点　

ＩＰ。其中种子节点定义为含有所有的文件分块，其位图中　

比特均为１。目录服务器中设置“域位图”，用于监控本域　

分块的分步情况。　

目录服务器中的流程如下。　

①对首次加人的节点，分配目录服务器ＤＲ。　

②将对等节点的位图与目录服务器的位图进行“或”　

操作，并将收到的注册ＩＰ分类加入对等节点清单。　

③对客户端的请求，根据最优原则（该子网对等节点　

清单中种子和非种子ＩＰ清单中随机选取）选１０个回复给　

客户端。当域位图非全１阶段（意味着本域没有所有的分　

块，需要从外域请求一部分分块），分二个阶段，启动阶段　

先随机推送对等节点清单，然后按域位图中ｌ的比例推　

送；稳定阶段，当域位图全１后采用本地优先。其中，当域　

位图出现空缺（如有节点离开）则利用空闲终端和补偿服　

务器结合的机制来补偿。　

④对离开网络的客户端离开消息，将客户端ＩＰ从对　

等节点清单中删除；若此时该客户端的子网对等节点清单　

中不存在种子，则将该子网中的位图相应离开的分块位置　

上清零。　

⑤若定时（３０　ｓ）重连目录服务器时间到，执行②。　

⑥对稀有分块的处理：定时（１８０　Ｓ）检查域位图，如果　

某个分块为零的时间超过某个阈值（３０　Ｓ），启动到邻域的　

目录服务器中去取１０个ＩＰ（可能包括种子），将该ＩＰ主动　

推送给空闲终端，由空闲终端负责下载该分块（若没有空　

闲终端，则推送给补偿服务器加以实施）。空闲终端在１０个　

邻域的对等节点清单中直接去申请所需的稀有片断（此处　

就是要求目录服务器给空闲终端发位图）。　

３．２　ＭＴＮ客户端算法　

每个对等节点的下载算法细节（如图３所示）如下。　

＠ＭＴＮ客户端进入网络，向中心服务器注册并发送下　

载请求，其中包括客户端ＩＤ、端口号、需要下载的文件名　

等，中心服务器将这个新加入的节点的信息添加到对等节　

点列表中，然后根据最优原则（包括本地化最优原则、负载　

均衡原则等）回复ＭＴＮ客户端请求。中心服务器为该ＭＴＮ　

客户端提供具有最优的对等节点清单来回复请求。　

＠ＭＴＮ客户端找出对等节点清单中拥有自己所需要　

下载文件的邻居节点，并向它们发送下载请求。　

③收到请求的对等节点向ＭＴＮ客户端发送握手信息　

以及它拥有的文件的位图。ＭＴＮ客户端通过随机优先算　

法开始下载，其间它每３０　Ｓ向ＤＲ发送一次信息，汇报自　

己的下载情况。中心服务器也即时更新其对等节点清单。　

在下载过程中，要用到稀有优先算法、严格优先算法、抵制　

怠慢算法和Ｔｉｔ．ｆｏｒ－Ｔａｔ激励机制，其原则同ＢＴ算法。但阻　

塞算法、乐观疏通算法有较大改进，通过利用积分机制。当　

空闲终端在传输的时候，其积分将增加。在乐观疏通的时　

候，对空闲终端的不同积分进行不同的乐观疏通。在阻塞　

的时候，当上传下载速率相同时，积分多的优先被疏通，反　

之则被阻塞　

ＲＭ／ＤＲ初始化结束　

ＭＴＮ客户端进入网络，向ＲＭ发送　

请求，ＲＭ分配ＤＲ给客户端　

ＤＲ给该ＭＴＮ客户端发送一份经过　

处理的Ｐｅｅｒ　ｌｉｓｔ　

ＭＴＮ客户端向Ｐｅｅｒ发送请求　

返

回

ＭＴＮ　

Ｙ　

客户端开始下载　图’Ｉ随机优先　ｌ　一　…一　

ＭＴＮ客户端从连接上的Ｐｅｅｒ处上传

下载数据，并定时向ＤＲ告知进度　ｌ

Ｉ　

　稀有优先　

Ｎ　

户端连接的Ｐｅｅｒ　

ＭＴＮ客户端向所有的Ｐｅｅｒ发送还没Ｉ　

有下载完毕的子分块的请求，　　ｌ最后模式　

并继续下载至完毕　　ｌ

向ＤＲ汇报　

信息　

与ＤＲ的通信定时到　

图３新算法中ＭＴＮ客户端流程　

④当尚未下载的分块数小于连接的对等节点数时，　

ＭＴＮ客户端进入最后模式．并继续下载直至下载完毕。　

⑤下载完毕后，ＭＴＮ客户端向中心服务器发送下载完　

毕信息，开始做种子。中心服务器则更新对等节点清单，将　

客户端设为种子节点。当ＭＴＮ客户端将离开网络，向中心　

服务器发送离开信息，中心服务器则将此节点信息从对等　

节点清单中删除，并更新其域位图信息。　

为了保证空闲终端愿意贡献资源，需要相应的激励机　

制，本文提出一种积分机制，通过修正阻塞算法和乐观疏通　

算法来实现，由中心服务器负责管理：为每一个分块的请求　

分配一个优先级，空闲终端的分块请求消息为高优先级，其　

余的为低优先级。对等节点在执行乐观疏通算法时，高优先　

级的请求将会有两倍于低优先级的请求机会被响应。　

在每１０　Ｓ执行一次的阻塞算法中，在被阻塞的对等　

节点中找出贡献比最大的对等节点（记为Ｐ１），其中贡献　

比定义为一个对等节点的总上传量与总下载量的比：在被　

疏通的４个对等节点中找出贡献比最小的对等节点（记为　

Ｐ２）：比较Ｐ１和Ｐ２的贡献，疏通贡献比较大者，阻塞贡献　

较小者。　

在每３０　Ｓ执行一次的乐观疏通算法中分为３步：　

①邻居对等节点分类。根据分块请求队列将邻居对等节点　

分成三类，第一类是请求队列为空的邻居对等节点，请求　

队列为空说明本地对等节点没有对方对等节点感兴趣的　

数据；第二类是低优先级的普通对等节点，这些对等节点　

目前可以从其他的邻居处获得数据，因此它们发出的请求　

消息是低优先级的；第三类是空闲终端，即对应分块请求　

队列中的消息为高优先级。②为上述三类节点分配乐观疏　

通的概率。对于第一类对等节点，直接阻塞，不参加乐观疏　

通的竞争，依照规模和消息的优先级分配第二类和第三类　

对等节点获得乐观疏通的概率，拥有高优先级的第三类对　

等节点获得乐观疏通的平均几率是第二类的２倍。③为每　

类中的对等节点分配乐观疏通的概率。第二类对等节点中　

优先级相同，因此等概率地分配第二类中的每一个对等节　

点：在第三类对等节点中引人积分机制，按照第三类中每　

一

个对等节点的贡献在所有第三类对等节点的贡献中所　

占的比例，分配每一个对等节点获得乐观疏通的概率。　

４网络仿真结果及分析　

仿真的网络场景包括：均匀加人和突发加入，节点下　

载完毕后在０－６００　Ｓ中随机离开，６种不同节点规模。仿真　

皇笪　堂．　！　萱　塑　

拓扑采用现网拓扑和随机拓扑。仿真下载文件大小为　

２５　ＭＢ．共采用８台仿真服务器，最大为４　８００个对等节点。　

现网拓扑是为了仿真基于ＭＴＮ网络的分层拓扑结　

构。第一层：模拟ＭＴＮ网络的核心层，带宽１０　Ｇｂｉｔ／ｓ，８个　

路由节点，采用全连接（ｆｕｌ１．ｍｅｓｈ）结构相连；第二层：模拟　

ＭＴＮ网络的汇接层．与第一层路由节点之间相连的链路　

带宽为２．５　Ｇｂｉｔ／ｓ，每个第一层路由节点连接４￣６个第二　

层路由节点．第二层路由节点以第一层路由节点为核心采　

用星型拓扑相连：第三层：与第二层节点相连的链路为　

１０　Ｍｂｉｔ／ｓ的Ｅｔｈｅｒｎｅｔ或者ＡＤＳＬ链路（１　Ｍｂｉｄｓ／５１２　ｋｂｉｔ／ｓ），　

每个第二层路由节点连接１００个第三层主机节点，ＡＤＳＬ　

链路的比例为７０％。特殊节点包括：目录服务器（Ｔｒａｃｋｅｒ）　

（以１　Ｇｂｉｔ／ｓ的带宽与第二层路由节点之间相连）；种子节　

点（Ｓｅｅｄ）（从第三层的主机节点中随机选择一个）。随机拓　

扑则是由８台仿真服务器采用ＧＴ．ＩＴＭ或ＢＲＩＴＥ随机生　

成，每台服务器仿真的子网之间采用全连接方式。　

具体的性能参数包括：平均下载时间、骨干链路吞吐　

量和目录服务器的压力。平均下载时问的定义为：∑Ｐｅｅｒ　

下载时间／对等节点总数：骨干链路吞吐量定义为骨干网　

上所有汇聚节点的流出流量之和：目录服务器压力是采用　

目录服务器的流量来定义的。　

４．１　平均下载时间　

由图４可以看出ＭＴＮ下载算法在对等节点均匀加入　

的情况下．完成下载的平均时间在３１０　Ｓ到３３０　Ｓ之间，随　

着总节点数从２　８００到４　８００呈现略有下降的趋势，反映　

Ｐ２Ｐ下载在一定规模下。节点越多下载越快的特性；而ＢＴ　

算法完成下载的平均下载时间在３４０　ｓ到４３０　Ｓ之间，其　

下载时间在２　８００到３　６００、４　０００到４　４００节点期间是下　

降趋势．反映在一定规模下ＢＴ下载节点越多下载越快的　

特性，其呈现上升的情况是因为到一定节点数目．会有一　

定的拥塞情况，下载时间会有一定上升。对比ＭＴＮ算法和　

ＢＴ算法。ＭＴＮ下载的完成时间比ＢＴ算法少了近１５％。　

厦　

茁　

霹　

图４现网拓扑中平均下载时间性能（均匀加入、随机离开）　

研究毒努发　

图５是ＭＴＮ下载算法和ＢＴ算法在随机拓扑网络（突　

发加入）场景中的对等节点完成下载的平均时间随总节点　

数变化的曲线。从图５可以看出在随机网络中，ＭＴＮ的平　

均下载时间与ＢＴ的相比要快２０％左右，其原因是：在随　

机网络中，从源对等节点传送的数据包需要经过多个路由　

节点才能到达目的对等节点，传输路径中经过的路由节点　

越多，传输的时延也就越大，这样一来ＭＴＮ下载算法的本　

地流量优先策略将会极大增强文件下载的速度，由于本地　

网络中的对等节点一般只通过１个或者少数几个路由节　

点相连接，所以只要本地网络内存在一份完整的文件拷　

贝．本地网络的所有对等节点可以在很短的时间内得到文　

件的所有片断。可见，在随机拓扑中本地化的优势更明显　

一

些。在现网拓扑中，ＭＴＮ和ＢＴ的跳数比较接近，所以本　

地化的优势没有随机拓扑中明显。　

图５　随机拓扑中平均Ｆ载时ｌ司（突发加入、随机离开）　

４．２骨干网链路吞吐量　

图６是ＢＴ和ＭＴＮ在有随机离开的场景中骨干网吞　

吐量与节点规模的变化关系。比较在均匀加入和突发加人　

两种场景下的ＢＴ骨干网吞吐量．前者要远小于后者（前者　

约为后者的１／１０）：而对于Ｍ　ｒＮ而言，两种场景下的骨干　

网链路吞吐量相差不大（前者约为后者的１／２），且在均匀　

加入和突发加入两种场景下，ＭＴＮ骨干网链路吞吐量均　

小于ＢＴ骨干网链路的吞吐量，这些结果验证了ＭＴＮ下载　

算法与ＢＴ协议相比能够在很大程度上减少骨干链路的吞　

吐量．尤其值得一提的是，当节点加入网络的突发程度越　

节点规模（个）　

图６骨干网链路吞吐量与网络规模的关系（随机离开）　

高，ＭＴＮ对骨干链路吞吐量的优化效果就越好。骨干链路　

的吞吐量基本不随网络节点规模的增加而变化．吞吐量的　

波动均在１０％Ｐ２内，这是因为当节点规模在不停增加时，　

单位时间内加入节点的数目保持不变，所以骨干网的流量　

基本保持不变。　

图７是网络规模为４　８００个对等节点的现网拓扑下．　

骨干网链路流量随时间变化的曲线。由图７可以看出。在　

４　８００个对等节点均匀加入随机离开的场景中．ＢＴ算法的　

骨干链路流量最高到达２５　Ｍｂｉｔ／ｓ，平均在２０　Ｍｂｉｔ／ｓ：而　

ＭＴＮ下载算法的骨干链路流量在１０　Ｍｂｉｔ／ｓ以内。且在　

１　０００　ｓ后维持在５　Ｍｂｉｔ／ｓ左右。可见ＭＴＮ下载的本地流　

量化得到很显著的效果。　

一

３５　

薹３

羔２５　

０　

删２０　

１　

０　１　０００　２０００　３０００　４０００　５０００　６（３００　７０００　８０００　９０００１０００３　

时间（ｓ）　

图７骨干网链路流量与时间关系（均匀加入、随机离开）　

图８给出现网拓扑中ＢＴ和ＭＴＮ分别在突发加人方　

式下的骨于网链路流量变化情况．对等节点在完成下载后　

０—６００　ｓ随机离开，由图８可以看出，在４　８００个对等节点　

突发加入随机离开的场景中，ＢＴ算法的骨干链路流量最　

高到达２００　Ｍｂｉｔ／ｓ：而ＭＴＮ文件共享算法的骨干链路流量　

在５０　Ｍｂｉｔ／ｓ以内，且在２５０　Ｓ后维持在３０　Ｍｂｉｔ／ｓ左右。　

ＭＴＮ文件共享的本地流量化得到很显著的效果。　

嘲】　

媛　

汝　

婊　

时Ｉ闭．（ｓ）　

图８骨干网链路流量与时间关系（突发加入、随机离开）　

４．３目录服务器压力　

图９和图ｌ０是４　８００个对等节点突发加入、随机离　

开时，拓扑结构分别为现网拓扑和随机拓扑的目录服务器　

的压力情况。可以看出在４　８００个对等节点突发加入并在　

０到６００　ｓ内随机离开的场景下，在现网和随机拓扑中，　

ＭＴＮ下载算法对目录服务器的压力比ＢＴ算法高，因为在　

ＭＴＮ下载算法中，目录服务器和对等节点间交互的信息　

更多。ＭＴＮ下载算法中，目录服务器压力最高数量级只是　

电信科学２ｏ｛ｏ　

ＰＤＮＳ的大规模仿真结果证实了算法的有效性。与ＭＴＮ框　

墨　

褥　

架中的版权管理和流量计费相结合后可以实现较完整意　

义上的可控Ｐ２Ｐ文件下载。　

参考文献　

１　Ｃｏｈｅｎ　Ｂ．Ｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓ　ｂｕｉｌｄ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　ｉｎ　ｂｉｔｔｏｒｒｅｎｔ．Ｉｎ：Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　

图９现网拓扑下目录服务器的带宽压力　

ｏｎ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ｏｆ　Ｐｅｅｒ－ｔｏ—Ｐｅｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＣＡ，ＵＳＡ，２００３　

２　肖遂．张欣，田洪亮．基于Ｐ２Ｐ技术的媒体电信网．通信世界　

网．２００８年１月　

曼　

锝　

３　Ｌｊｕ　Ｙ，Ｌｉｕ　Ｘ，Ｘｉａｏ　Ｌ，ｅｔ　．Ｌｏｃａｔｉｏｎ—ａｗａｒｅ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　

Ｐ２Ｐ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ：ＩＥＥＥ　ＩＮＦＯＣＯＭ’０４．２００４　

４　Ｌｉｕ　Ｘ，Ｌｉｕ　Ｙ，Ｘｉａｏ　Ｌ，ｅｔ　．Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｗａｒｅｎｅｓｓ　ｉｎ　ｕｎｓｔｍｅｔｕｒｅｄ　

ｐｅｅｒ—ｔｏ—ｐｅｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂ　Ｓｙｓｔ，２００５，１６　

（２）：１６３￣１７４　

５　Ｔｕ　Ｘ，Ｊｉｎ　Ｈ，Ｌｉａｏ　Ｘ，ｅｔ　ｏ１．Ｎｅａｒｃａｓｔ：ａ　ｌｏｃａｌｉｔｙ－ａｗａｒｅ　Ｐ２Ｐ　ｌｉｖｅ　

图ｌ０随机拓扑下目录服务器的带宽压力　

ｓｔｒｅａｍｉｎｇ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ＡＣＭ　Ｔｒａｎｓ　Ｉｎｔｅｒ　

２　ｋｂｉｔ／ｓ级别，仿真实验的文件大小是２５　ＭＢ，此处采用了　

一

ｃｈ，２００８，８（２）：ｌ￣２３　

６　Ｌｉ　Ｊ．Ｌｏｃａｌｉｔｙ　ａｗａｒｅ　ｐｅｅｒ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｄｅｌｉｖｅｒｙ：ｔｈｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｓｃａｌｅ　

ｉｎｔｅｒａｃｔ　ｖｉｄｅｏ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｉｎ：Ｐａｃｋｅｔ　Ｖｉｄｅｏ　２ｏｏ７　

个ＤＲ服务器。按一般ＤＶＤ质量的视频文件８００　ＭＢ大　

般一个服务器支持２　４００并发节点计算．压力为３２　ｋｂｉｔ／ｓ，　

般服务器的带宽至少是１　Ｇｂｉｔ／ｓ，可以计算得每个服务　

小来计算，４　８００节点服务器的压力约６４　ｋｂｉｔ／ｓ的级别，按　

一

７　Ｆｅｒｒｅｉｒａ　Ｒ　Ａ，Ｊａｇａｎｎａｔｈａｎ　Ｓ，Ｇｒａｍａ　Ａ．Ｌｏｃａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｓｔｕｃｔｕｒｅｄ　ｒ

ｐｅｅｒ－ｔｏ－ｐｅｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｊ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂ　Ｃｏｍｐｕｔ，２００６，６６（２）：　

２５７～２７３　

一

８　Ｘｉｅ　Ｈ，Ｙａｎｇ　Ｙ　Ｒ，Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｈｙ　Ａ，ｅｔ　０１．Ｐ４Ｐ：ｐｒｏｖｉｄｅｒ　ｐｏｒｔａｌ　

ｏｒ　ａｐｐｌｉｆｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ：ＡＣＭ　Ｓｉｇｃｏｍｍ　２００８　

器在支持２　４００并发节点的下载文件数为１　Ｇｂｉｔ／ｓ／３２　ｋｂｉｔ／ｓ＝　

４　０００个文件，对电信的高性能服务器来说是可以接受的　

范围，符合设计的需求。　

９　Ｂｉｎｄａｌ　Ｒ，Ｃａｏ　Ｐ，Ｃｈａｎ　Ｗ，ｅｔ　ｏ１．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｌｏｃａｌｉｔｙ　ｉｎ　

ｂｉｔｔｏｒｒｅｎｔ　ｖｉａ　ｂｉａｓｅｄ　ｎｅｉｇｈｂｏｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎ：ＩＣＤＣＳ　２００６　

１０欧阳荣，苗卉。雷振明．一种减少网间Ｉ）２Ｐ流量的对等节点选　

择算法．计算机工程，２００８，３４（８）：１０８～１１０　

ｌ１薛广涛．俞嘉地，尤晋元．基于临近结点聚类构建层次化　

ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ文件共享系统．电子学报，２００８，３６（２）：２９１～２９７　

１２　Ｙａｎｇ　Ｍ，Ｙａｎｇ　Ｙ．Ｐｅｅｒ—ｔｏ—ｐｅｅｒ　ｆｉｌｅ　ｓｈａｒｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

ｃｏｄｉｎｇ．Ｉｎ：ＩＣＤＣＳ＂０８　

５　结束语　

本文针对媒体电信网（ＭＴＮ）框架和需求，提出具有骨　

干流量可控、下载速率可控的可控Ｐ２Ｐ下载新算法，基于　

Ａｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　Ｐ２Ｐ　Ｆｉｌｅ　Ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ　

Ｐａｎｇ　Ｔａｏ，Ｈｕａｎｇ　Ｈａｉ，Ｌｏｎｇ　Ｂｉｎ，Ｗｕ　Ｊｕａｎ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６３０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｄｅｖｏｕｒｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｐ２Ｐ　ｆｉｌｅ　ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｂｙ　

ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ　ｆＢＴ）．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｃｏｎｔｏｒｌｌａｂｌｅ　Ｐ２Ｐ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｓ　ａ　ｋｅｙ　ｆｏｒ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　

ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　Ｐ２Ｐ　ｆｉｌｅ　ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｎｅｗ　Ｔｅｌｅｅｏｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ－－Ｍｅｄｉａ　

Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＭＴＮ）．Ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｄｏｐｔｅｓ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ　ｓｅｒｖｅｒｓ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｒａｆｉｆｃ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｂａｃｋｂｏｎｅ　

ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ．ｔａｋｉｎｇ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｐ２Ｐ　ｔｒａｎｓｆｅｒ。ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｉｄｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　

ｓｅｒｖｅｒｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ　ｒａｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｗｏｒｓｅ　ｔｈａｎ　ＢＴ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ａｔ　ｐａｃｋｅｔ　ｌｅｖｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＤＮＳ　

ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ｓｈｏｗ　ｉｔｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｕｐｏｎ　ＢＴ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　Ｐ２Ｐ　ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｐ２Ｐ　ｆｉｌｅ　ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ，ＢｉｔＴｏｒｒｅｎｔ，ｐｅｅｒ　（收稿日期：２０１０～０５—３１）　

本文标签： 节点服务器下载算法流量