P2P網路中海量資料散播的客戶流失彈性協議

P2P網路中海量資料散播的客戶流失彈性協議 Churn-Resilient Protocol for Massive DataDissemination in P2P Networks Authors:ZhenyuLi, Member, IEEE, GaogangXie, Member, IEEE, Kai Hwang, Fellow, IEEE, ZhongchengLi, Member, IEEE Speaker :童耀民 MA1G0222 2013.03.28

Outline • 介紹(INTRODUCTION) • 相關工作(RELATED WORK) • 接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS) • 節點加入和離開(NODE JOINING AND DEPARTURES) • 覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • 多源資料散播(MULTIsOURCEDATA DISSEMINATION) • 模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 結論(CONCLUSIONS)

介紹(INTRODUCTION) • 許多網路應用程序需要從多個資料來源進行大規模的資料傳播，然而在這過程中往往會造成客戶流失及節點故障。 • 應用程序多播採用peer-to-peer (P2P)覆蓋網路是一種非常有前途的代替方案對IP多播。 • 為此，提出了一個用戶流失彈性快速大量的多源數據傳播協議

介紹(INTRODUCTION) • Peer-to-Peer(P2P)網路中，海量資料傳播往往都是打亂頻繁加入和離開的客戶端節點及造成節點的故障。 • 本論文提出了一個新的協議，客戶流失彈性協議(churn-resilient protocol, CRP)，用來確保交替路徑和資料相近度及加快資料傳播及客戶流失的更新。 • 本論文提出了一個新的資料散播採用相近度感知覆蓋設計。

介紹(INTRODUCTION) • CRP-enabled 設計採用拓樸結構，讓設計看起來像一個環。 • 任何一個節點發生CRP-enabled覆蓋是自動調整。 • 一個共享的生成樹中提取CRP覆蓋，此樹狀結構利用最小的延遲，而不是使用純樹狀廣播，本論文利用了作用域氾濫(scope flooding)及樹橫越(tree traversing)混合設計。

介紹(INTRODUCTION) • 本論文技術方面有四種貢獻： • 1.CRP- enabled 覆蓋設計，促進相近度感知、動態負載平衡、網路客戶流失及節點故障的復原。 • 2.CRP網路平均減少了28~50%的傳送延遲，相對比使用作用域氾濫(scope flooding)及流行廣播樹(epidemic broadcast trees)更好。 • 3.即使有40%的節點故障，CRP仍然可以保證原子廣播的資料散播。 • 4.節點有10000個，CRP網路只需要使用1/3的一大型CAM-Chord網路中使用的控制訊息。

相關工作(RELATED WORK) • 資料散播的型態： • 基於網狀和基於樹狀 • 推播(push-based)與拉曳(pull-based) • CRP屬於樹狀push型態。以較低的開銷實現了快速傳播。

接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS) • 物理網路中會遇到不同的延遲時間或鏈路延遲和節點可能有不同的容量(capacity)，但鏈路延遲是可以衡量的。 • 節點容量(capacity)為一個節點最大數目的接近節點及可以轉發的資料項目。 • 接近度感知覆蓋是建立在一個單項環及雙向Chord鏈路。 • 覆蓋會因為鏈路的異質性不同而有不同權重。

接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS) • 假設 n-node(n>0) 被放在一個基環上，基環會切割n個相等距離的間隔。 • 環為順時針。 • 每個節點 x 有兩個相近的鄰居：沿著環前任及後繼，分別表示為 x 和 x。

接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS) • 同時適用網路接近和容量接近在CRP協議。 • 網路接近度(network proximity)： • 測量兩個節點物理IP的網路延遲或接近程度。 • 容量接近度(capacity proximity)： • 測量接近的節點的節點容量。 • 容量接近度能夠使我們把高容量的節點當作樹的根(root)，降低傳遞跳計數(hopcount)。

接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS)

接近度感知的覆蓋網路(PROXIMITY-AWARE OVERLAY NETWORKS) • CapacityA3 B4 C2 D3 E4

節點加入和離開(NODE JOINING AND DEPARTURES) • 第一個節點加入覆蓋是選擇空的基環上任何一個位置。 • 設定順時針方向，前節點為前任者(predecessor) ，後節點為後繼者(successor) 。 • (n+1)節點x會平均的選擇每一個間隔隨機加入的機率都為1/n。

節點加入和離開(NODE JOINING AND DEPARTURES) • 定理1. • 節點後繼者列表平均大小收斂到，其中n是網路size。 • 定理2. • 如果任何一個節點出現故障的機率為 -a(a>1)，而環結構被連接有高的機率 1 – n1-a，e是自然對數。

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • (ex,y)為覆蓋鏈路的節點x跟y • Network Proximity Weight (NPW) • Capacity Proximity Weight (CPW) • c(x,y) = | cx -cy |

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • Proximity Weight(PW) • 兩個鏈路的權重函數 S={(x,y),(r,s)}

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • 測量距離 b=15。 • 鄰域操作(Neighborhood Operations)：

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS)

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • 鄰居區域轉型(neighborhood transition)

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS)

覆蓋更新操作(OVERLAY UPDATE OPERATIONS) • PW(S1)e(x.xf) and e(y.yf) • PW(S2)e(x,y) and e(xf.yf)

多源資料散播(MULTIsOURCE DATA DISSEMINATION) • 資料散播的過程，採用作用域氾濫(scope-flooding)及樹橫越(tree traversing)方案來改善。 a.共享樹的建構： • 選擇了大容量節點作為樹的根。 • 在CRP每個節點是可能的資料來源。 • 高容量的節點會被放置在樹中較高的位置，以有效的降低樹的深度。

多源資料散播(MULTIsOURCE DATA DISSEMINATION)

多源資料散播(MULTIsOURCE DATA DISSEMINATION) 客戶流失復原和恢復： • 每一個節點會保留其在樹上的祖先訊息，此訊息是用來確認特定節點是否為一個祖先節點。當訊息更新時，改變該節點的祖先。 • 當一個節點離開時，他會通知其樹的鄰居。

模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 開發了一個事件驅動的P2P模擬器，比較CRP與基於樹設計的CAM-chord，ACOM，GoCast，和Plumtree。 • 模擬了20000個節點的P2P網路。

模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 平均傳遞時間

模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 平均訊息複製比值

模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 控制訊息

模擬實驗結果(SIMULATED EXPERIMENTAL RESULTS) • 平均傳遞時間的影響

結論(CONCLUSIONS) • CRP協議有效的可以處裡海量資料在P2P網路散播的客戶流失。 • 結合了作用域氾濫(scope flooding)和樹橫越(tree traversing)來實現高性能 • 模擬結果顯示了CRP設計減少了28-50%的平均傳遞時間，且只有1%的冗餘訊息，且可以保證40%的節點故障率可以原子廣播，比其他方法都來的更好。

END 3Q

跳躍計數(Hop Count) • 在網絡中，跳躍計數(hop count)代表一個特定數據(分組)通過的設備的總數。 • 一般說來，跳躍數據越多地必須通過轉發到達它們的目的地，傳輸延遲發生的可能性越大。 • 跳躍計數是其中的一種路由選擇度量尺度，其用於測量在源和目的地之間的距離。回原頁

P2P網路 中 海量資料散播的客戶 流失 彈性 協議