[发明专利]基于效用优化的P2P文件共享网络带宽公平分配方法

摘要

一种基于效用优化的P2P文件共享网络带宽公平分配算法，文件提供者为其每个文件请求者初始化下载速率，文件请求者的下载链路和文件提供者的上传链路各自初始化收取的价格；文件请求者根据为其提供文件下载服务的所有提供者分配的带宽计算得到调节因子；文件提供者根据文件请求者在当前时刻获得的下载速率、下载链路收取的价格、文件提供者的上传链路收取的价格，调整下一时刻其为文件请求者分配的下载速率；文件请求者的下载链路更新其下一时刻收取的价格，文件提供者的上传链路更新其下一时刻收取的价格；通过迭代得到近似优化问题的最优点不断逼近原优化问题的最优点。本发明具有带宽分配公平合理、算法准确有效、简单方便等优点。

主权项

1.一种基于效用优化的P2P文件共享网络带宽公平分配方法，主要包括P2P文件共享网络、文件请求者s以及文件提供者p，其特征在于：P2P文件共享网络中，在文件请求者s的下载链路带宽容量和文件提供者p的上传链路带宽容量一定的约束下，P2P文件共享网络带宽分配问题PP就是实现文件共享网络效用的最大化，而P2P文件共享网络带宽分配近似问题AP就是实现文件共享网络效用的近似最大化；对文件请求者s的下载链路和文件提供者p的上传链路进行定价，根据链路上的流量情况动态调整链路价格，而文件提供者p在为文件请求者s提供文件下载服务时，根据文件请求者s当前的下载速率和链路收取的价格，动态调整文件提供者p的上传链路带宽在文件请求者之间的公平分配，最终实现所有文件提供者带宽的最优分配；所述带宽公平分配方法的步骤如下：步骤1，P2P文件共享网络中，在t时刻，文件提供者p为每一个文件请求者s初始化下载速率x_ps(t)，文件请求者s的下载链路初始化收取的价格λ_s(t)，文件提供者p的上传链路初始化收取的价格μ_p(t)；步骤2，如果此时x_ps(t)已经是P2P文件共享网络带宽分配问题PP的最优点，那么得到文件请求者s的最优带宽分配，则算法停止；否则向下进入步骤3；步骤3，文件请求者s根据为其提供文件下载服务的所有提供者P(s)分配的带宽计算得到调节因子ξ_ps(t)，ξ_ps(t)是使P2P文件共享网络带宽分配近似问题AP逼近P2P文件共享网络带宽分配问题PP的调节因子；调节因子ξ_ps(t)的计算式如下：式中，p是文件提供者；s是文件请求者；P(s)是为s提供文件下载服务的所有文件提供者集合；x_ps(t)是文件提供者p为文件请求者s分配的下载速率；步骤4，文件提供者p根据文件请求者s在t时刻获得的下载速率x_ps(t)、文件请求者s的下载链路收取的价格λ_s(t)、文件提供者p的上传链路收取的价格μ_p(t)，调整t+1时刻为文件请求者s分配的下载速率x_ps(t+1)；式中，x_ps(t)是t时刻文件提供者p为文件请求者s分配的下载速率；λ_s(t)是文件请求者s的下载链路收取的价格；μ_p(t)是文件提供者p的上传链路收取的价格；w_s是文件请求者s愿意支付的费用；ξ_ps(t)是使P2P文件共享网络带宽分配近似问题AP逼近P2P文件共享网络带宽分配问题PP的调节因子；ε是效用优化目标的耦合系数；k是算法迭代步长，且k>0；参数α>0是公平性指标，当α＝1时，实现用户之间资源分配的比例公平性，当α＝2时，实现用户之间资源分配的调和平均公平性，当α→∞，则实现用户之间资源分配的最大最小公平性；意味着，若x_ps(t)>0，则x_ps(t+1)＝x_ps(t)+kx_ps(t)(w_s(ε(ξ_ps(t))^α+(1‑ε))(x_ps(t))^‑α‑λ_s(t)‑μ_p(t))；若x_ps(t)＝0，则x_ps(t+1)＝max{0,x_ps(t)+kx_ps(t)(w_s(ε(ξ_ps(t))^α+(1‑ε))(x_ps(t))^‑α‑λ_s(t)‑μ_p(t))}；步骤5，文件请求者s的下载链路更新t+1时刻收取的价格λ_s(t+1)；文件提供者p的上传链路更新t+1时刻收取的价格μ_p(t+1)；式中，p是文件提供者；s是文件请求者；P(s)是为s提供文件下载服务的所有文件提供者集合；x_ps(t)是t时刻文件提供者p为文件请求者s分配的下载速率；λ_s(t)是文件请求者s的下载链路在t时刻收取的价格；y_s(t)是文件请求者s在t时刻获得的总下载速率；是文件请求者s的下载链路带宽；γ是算法迭代步长，且γ>0；意味着，若λ_s(t)>0，则若λ_s(t)＝0，则式中，p是文件提供者；s是文件请求者；S(p)是接受文件提供者p提供文件下载服务的文件请求者集合；μ_p(t)是t时刻文件提供者p的上传链路收取的价格；x_ps(t)是t时刻文件提供者p为文件请求者s分配的下载速率；z_p(t)是文件提供者p的上传链路为文件请求者分配的总上传速率；是文件提供者p的上传链路带宽；γ是算法迭代步长，且γ>0；意味着，若μ_p(t)>0，则若μ_p(t)＝0，则步骤6，若此时t+1时刻的下载速率x_ps(t+1)不是P2P文件共享网络带宽分配近似问题AP的最优点，则进入步骤4重新计算；若此时t+1时刻的下载速率x_ps(t+1)是P2P文件共享网络带宽分配近似问题AP的最优点，则进入步骤2，迭代直至得到P2P文件共享网络带宽分配问题PP的最优点；步骤7，当有新的文件提供者或文件请求者加入或者原有的文件提供者或文件请求者退出，则步骤1到步骤6重新进行以达到新P2P文件共享网络带宽分配问题PP的最优点，即新P2P文件共享网络中文件提供者为文件请求者分配的最优带宽。