關(guān)于P2P對(duì)等網(wǎng)絡(luò)差異數(shù)據(jù)通信優(yōu)化的研究

曹陽(yáng)

摘要：在P2P對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，由于數(shù)據(jù)來(lái)源眾多，因此常見(jiàn)數(shù)據(jù)類型不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)兼容性差等情況，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信帶來(lái)了很大的障礙，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的大量沖突，造成數(shù)據(jù)壞死等現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)資源被大量的浪費(fèi)在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，且導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延過(guò)大，降低了用戶的體驗(yàn)度。該文針對(duì)這種情況，提出了改進(jìn)優(yōu)化方案，采用糾錯(cuò)融合算法來(lái)應(yīng)對(duì)大量差異數(shù)據(jù)間的通信問(wèn)題，有效保障了差異數(shù)據(jù)的融合性，提高了P2P網(wǎng)絡(luò)的通信效率，具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：P2P網(wǎng)絡(luò)；差異數(shù)據(jù)；糾錯(cuò)融合算法

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）16-0038-02

1 概述

目前，P2P網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量呈現(xiàn)急劇上升趨勢(shì)，由于其快捷的通信、自由的組網(wǎng)模式和分布式的數(shù)據(jù)交換方法都給用戶帶來(lái)了與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信截然不同的體驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)中的用戶不在僅僅是被動(dòng)的數(shù)據(jù)接收者，同樣也成為數(shù)據(jù)的提供者，這對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)通信速率和安全性都是非常有幫助的。但隨著用戶群的快速增大，原有的通信能力也承受了更多的壓力，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)種類隨著多樣化軟件的發(fā)展而變得愈發(fā)的繁雜，所以必須選取最優(yōu)的數(shù)據(jù)通信方式，有效的控制網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延，提高通信效率。

傳統(tǒng)P2P對(duì)等網(wǎng)采用大規(guī)模復(fù)制策略來(lái)完成通信工作，從某個(gè)初始節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，按路徑的規(guī)律，遍歷所有能夠連接上的節(jié)點(diǎn)。這種方式會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在大量的節(jié)點(diǎn)中不斷復(fù)制和讀取，而一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)差異大的情況，則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)大規(guī)模沖突和損毀，系統(tǒng)為了解決丟失的數(shù)據(jù)，又需要花費(fèi)額外的資源，形成了惡性循環(huán)，必須加以改進(jìn)。

本文提出一種基于海量差異數(shù)據(jù)通信的糾錯(cuò)融合算法，并將其應(yīng)用到P2P網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)出錯(cuò)損毀情況時(shí)，可采用此算法對(duì)其進(jìn)行糾錯(cuò)處理，同時(shí)采用數(shù)據(jù)融合方法，盡可能地提高了差異數(shù)據(jù)間的融合性。

2 P2P網(wǎng)絡(luò)通信原理

所謂的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)是指處于該網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)權(quán)限相等，并不存在單純的服務(wù)提供方或服務(wù)接受方，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間也不存在主從關(guān)系，所有的計(jì)算機(jī)在該網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)接受和共享數(shù)據(jù)，因此不用設(shè)置專門(mén)的服務(wù)器。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)是小型局域網(wǎng)常用的組網(wǎng)方式。隨著Internet中越來(lái)越多的站點(diǎn)開(kāi)啟了P2P服務(wù)，使得P2P網(wǎng)絡(luò)成為了當(dāng)前發(fā)展最快的應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)之一，其通信效率的高低受到了廣泛的關(guān)注。在通信優(yōu)化領(lǐng)域，目前使用方法大多為大規(guī)模復(fù)制的通信算法，從源節(jié)點(diǎn)依次遍歷網(wǎng)絡(luò)中所有有效節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將數(shù)據(jù)依次復(fù)制到這些節(jié)點(diǎn)中。節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)系數(shù)為：

式（2）中，H（xi）為有效數(shù)據(jù)量，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)量，M當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中有效節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量的比例系數(shù)。由式（1）可得，通信系數(shù)和隨著網(wǎng)絡(luò)中有效數(shù)據(jù)量的增大而增大；式（2）則給出了通信效率和有效數(shù)據(jù)以及有效節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，顯然隨著網(wǎng)絡(luò)資源的不斷下降以及負(fù)載的不斷上升，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量也會(huì)受到影響。這也解釋了為什么當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大時(shí)，傳統(tǒng)的大規(guī)模復(fù)制策略會(huì)導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)出錯(cuò)。從公式中分析，由于H（xi）的快速增大，同時(shí)M變小，導(dǎo)致了作為通信質(zhì)量指標(biāo)的S值的下降。要解決這一現(xiàn)象，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何對(duì)差異數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以減少數(shù)據(jù)沖突概率，與此同時(shí)，還要采取行之有效的糾錯(cuò)策略，因此，本文提出了差異數(shù)據(jù)糾錯(cuò)融合算法。

3 基于海量數(shù)據(jù)通信的糾錯(cuò)融合算法

大規(guī)模復(fù)制的通信策略最大的特點(diǎn)在于每次通信時(shí)需要檢測(cè)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所有有效節(jié)點(diǎn)的可用容量，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信容量顯然受到本身數(shù)據(jù)容量和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信量的約束，而呈現(xiàn)出出多樣化的特點(diǎn)。上文中公式（2）中的M即為計(jì)算得到的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)容量，再加上權(quán)值的分配，即公式（1）中的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)系數(shù)Mi，以此為依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

3.1 海量數(shù)據(jù)通信糾錯(cuò)方法

在得到所有節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)系數(shù)后，可依此進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的通信，并合理的安排節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流量，此策略在網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷不大的前提下可正常工作，但隨著數(shù)據(jù)量的大幅增加，尤其在某些較短的時(shí)間段內(nèi)迅速達(dá)到峰值，則很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，而一旦發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成數(shù)據(jù)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的持續(xù)沖突。

現(xiàn)假設(shè)某節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生溢出性錯(cuò)誤，并不考慮其他節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻向該節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的情況，如果需要通信數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)vi與相鄰的節(jié)點(diǎn)vj之間建立直接的通信連接關(guān)系，可以計(jì)算兩者之間的通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤互斥權(quán)值，記為W（vi，vj）；若vi和vj沒(méi)有建立直接的聯(lián)系，則數(shù)據(jù)出錯(cuò)相關(guān)性也不為0。因此可以看出，通信節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)容量決定了糾錯(cuò)算法能否有效的運(yùn)行。。

1）公式（3）給出了兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤概率信息：

上式中，c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控之后，由加權(quán)平均算法得出，其代表了節(jié)點(diǎn)之間通信的成功率。

2）在得到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的信息之后，可以建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D，以準(zhǔn)確描述網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)所具有的通信資源，并對(duì)每一對(duì)對(duì)等結(jié)點(diǎn)（xi，xj） 計(jì)算通信錯(cuò)誤計(jì)算權(quán)值I（vi，ej|c）。

3）在網(wǎng)絡(luò)中，隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為源點(diǎn)，由此出發(fā)將所有的無(wú)向邊轉(zhuǎn)化為指向其鄰居結(jié)點(diǎn)的有向邊，并為每條邊加上相應(yīng)的權(quán)值，權(quán)值的計(jì)算顯然需要依賴之前得到的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)c，形成了樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

4）在樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中加入類節(jié)點(diǎn)G，并將其作為所有屬性節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)。

5）在步驟（4）的拓?fù)浣Y(jié)果中確認(rèn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信錯(cuò)誤概率，并根據(jù)閥值進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終將出錯(cuò)概率控制在最小值水平上，完成糾錯(cuò)的工作。

通過(guò)以上步驟，可以較為有效的計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)之間通信的出錯(cuò)概率，以此為依據(jù)來(lái)合理安排數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂胶蛿?shù)據(jù)量，在保障數(shù)據(jù)通信效率的基礎(chǔ)上，盡可能降低了數(shù)據(jù)沖突出現(xiàn)的可能性，即實(shí)現(xiàn)了精確通信這一目標(biāo)；整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涑尸F(xiàn)出樹(shù)狀形態(tài)，極大提高了相關(guān)優(yōu)化算法和路由查找的運(yùn)算效率，耗費(fèi)的處理時(shí)延被較好的控制在合理水平以內(nèi)，同時(shí)，各個(gè)屬性變量之間存在的樹(shù)形依賴關(guān)系也更加符合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況。

3.2 差異數(shù)據(jù)的融合通信

如上文所述，再大規(guī)模數(shù)據(jù)通信時(shí)，由于數(shù)據(jù)差異造成的沖突現(xiàn)象非常常見(jiàn)，且隨著數(shù)據(jù)量的增大和數(shù)據(jù)種類差異的增多而呈正比上升，從而影響了信道的有效利用率。利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效分類，并按其類型特點(diǎn)采用不同的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可極大的降低數(shù)據(jù)沖突的概率，提高有效數(shù)據(jù)的通信成功率。融合后待通信數(shù)據(jù)中包括的有效信息分布在一定的區(qū)域內(nèi)，區(qū)域的劃分可采用多種方式，如可依照數(shù)據(jù)頻率為標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)差異可用方差進(jìn)行區(qū)分，融合后數(shù)據(jù)的可溶性可以由公式（4）給出：

式中，j，k，p表示相關(guān)的概率，表示q屬于的信息聚類，就表示的是網(wǎng)絡(luò)中信息的融合系數(shù)。

通過(guò)以上方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)差異數(shù)據(jù)的有效融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行最大概率的修補(bǔ)這一目標(biāo)，最終提高了整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)的通信效率。

4 算法設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文提出的優(yōu)化算法流程如圖1所示。

根據(jù)上述算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并同傳統(tǒng)的基于大規(guī)模文本復(fù)制的優(yōu)化策略進(jìn)行對(duì)比分析，得到圖2中的兩條曲線，其中曲線（1）為本文提出的差異數(shù)據(jù)糾錯(cuò)融合算法；曲線（2）為傳統(tǒng)大規(guī)模復(fù)制優(yōu)化策略；圖中縱軸為通信成功率，橫軸為通信數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)。

從上圖中的兩條曲線對(duì)比可以看出，基于傳統(tǒng)方法的優(yōu)化策略并不能保障網(wǎng)絡(luò)在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)通信時(shí)的成功率，且算法復(fù)雜度高，執(zhí)行效率較差，耗費(fèi)了大量的網(wǎng)絡(luò)資源，并導(dǎo)致通信時(shí)延的增加；基于差異數(shù)據(jù)糾錯(cuò)融合算法的新型優(yōu)化策略則明顯要優(yōu)于傳統(tǒng)方法，無(wú)論從通信成功率方面，還是在算法執(zhí)行效率方面都有較好的表現(xiàn)，據(jù)此證明了本文提出的優(yōu)化策略的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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