Nghiên Cứu Cải Thiện Hiệu Năng Định Tuyến Trong Mạng Ngang Hàng P2P

• Tác giả: Vũ Thị Thúy Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hữu Lập
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Đề tài: Cải Thiện Hiệu Năng Định Tuyến Mạng P2P Ngang Hàng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về mạng P2P
• 1.2. Tổng quan về mạng ngang hàng
• 1.3. Kiến trúc mạng ngang hàng P2P
• 1.4. Một số các ứng dụng điển hình của mạng ngang hàng
• 1.5. Thách thức khi nghiên cứu mạng ngang hàng P2P
• 1.6. Tham số hiệu năng mạng ngang hàng
• 1.7. Các hướng tiếp cận nghiên cứu cải thiện hiệu năng mạng ngang hàng
• 1.8. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN DHTs
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Bảng băm phân tán - DHT
• 2.3. Một số thuật toán định tuyến DHTs
• 2.3.1. Thuật toán định tuyến Chord
• 2.3.2. Thuật toán định tuyến Tapestry
• 2.3.3. Thuật toán định tuyến Kademlia
• 2.4. Phân tích, đánh giá hiệu năng một số thuật toán định tuyến DHTs
• 2.4.1. Các phương pháp phân tích hiệu năng
• 2.4.2. Lựa chọn công cụ mô phỏng mạng chồng phủ ngang hàng
• 2.4.3. Mô phỏng đánh giá hiệu năng các thuật toán định tuyến DHTs
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CẢI THIỆN HIỆU NĂNG THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN CHORD
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Thuật toán định tuyến Chord
• 3.2.1. Hàm băm nhất quán (Consistent Hashing)
• 3.2.2. Định tuyến Chord
• 3.2.3. Tìm kiếm khóa mở rộng Chord
• 3.3. Cải thiện hiệu năng thuật toán Chord
• 3.3.1. Phân tích các điểm yếu của thuật toán Chord
• 3.3.2. Phân tích các nghiên cứu cải thiện hiệu năng giải thuật Chord
• 3.3.3. Cải thiện hiệu năng thuật toán Chord
• 3.3.4. Thuật toán Chord cải thiện
• 3.3.5. Mô phỏng đánh giá hiệu năng thuật toán Chord cải thiện
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MẠNG CHORD_SL PHÂN CẤP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG
• 4.1. Giới thiệu chung
• 4.2. Mô hình mạng Chord_SL phân cấp
• 4.2.1. Định nghĩa cấu trúc mạng Chord_SL phân cấp
• 4.2.2. Gán định danh SN và ON
• 4.2.3. Lựa chọn SN (supernode) trong mạng Chord_SL
• 4.2.4. Chiến lược tìm kiếm trong mạng Chord_SL
• 4.3. Phân tích, đánh giá hiệu năng mạng Chord_SL
• 4.3.1. Độ dài đường tìm kiếm
• 4.3.2. Phân tích dựa trên chi phí
• 4.3.3. Chi phí lựa chọn siêu nút SN
• 4.4. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về mạng P2P

Mạng P2P (Peer-to-Peer) là một kiến trúc mạng cho phép các nút (peer) tương tác trực tiếp với nhau mà không cần thông qua máy chủ trung gian. Cải thiện hiệu năng mạng P2P là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu hiện nay. Mạng ngang hàng đã trở thành một xu hướng phổ biến trong việc phát triển các dịch vụ mới như chia sẻ dữ liệu và truyền thông đa hướng. Ian Clarke, người sáng lập mạng FreeNet, đã nhấn mạnh rằng P2P là bước tiến hóa tự nhiên của Internet. Tuy nhiên, mạng P2P cũng đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm độ ổn định thấp và hiệu năng không đồng nhất giữa mạng chồng phủ và mạng nền. Các thiết bị đầu cuối như điện thoại thông minh và máy tính bảng có thời gian kết nối ngắn, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc mạng liên tục. Điều này làm tăng tỷ lệ trễ dãn cách trung bình (Tstretch) và tỷ lệ tổn thất gói tin cao. Do đó, việc nghiên cứu và cải thiện hiệu năng định tuyến mạng ngang hàng là cần thiết để đảm bảo khả năng mở rộng và chất lượng dịch vụ.

II. Phân tích đánh giá hiệu năng thuật toán định tuyến DHTs

Thuật toán định tuyến DHT (Distributed Hash Table) là một phần cốt lõi trong mạng P2P, giúp xác định vị trí dữ liệu cần tìm kiếm. Các thuật toán như Chord, Kademlia và Tapestry đã được phát triển để cải thiện hiệu năng tìm kiếm. Hiệu năng định tuyến của DHTs phụ thuộc vào cấu trúc mạng và cách thức các nút kết nối với nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu trúc mạng chồng phủ có thể giảm độ dài đường tìm kiếm và cải thiện tỷ lệ tìm kiếm thành công. Tuy nhiên, khi triển khai DHTs trong môi trường mạng không ổn định, hiệu năng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bộ nhớ cache và cập nhật thông tin trễ RTT có thể giúp cải thiện hiệu suất. Việc xây dựng bảng định tuyến hai chiều cũng là một giải pháp tiềm năng để mở rộng không gian tìm kiếm trong mạng chồng phủ.

III. Cải thiện hiệu năng thuật toán định tuyến Chord

Thuật toán Chord là một trong những thuật toán DHT phổ biến nhất, được sử dụng để định tuyến trong mạng P2P. Cải thiện hiệu năng thuật toán Chord có thể đạt được thông qua việc phân tích các điểm yếu của thuật toán này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng hàm băm nhất quán và tối ưu hóa quy trình tìm kiếm có thể giúp giảm độ dài đường tìm kiếm. Hơn nữa, việc xây dựng mô hình mạng Chord_SL phân cấp đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện hiệu năng định tuyến. Mô hình này cho phép các nút hoạt động hiệu quả hơn trong môi trường có độ ổn định thấp, đồng thời giảm thiểu tỷ lệ tổn thất gói tin. Các nghiên cứu cũng đã đề xuất các thuật toán cải thiện Chord, giúp tối ưu hóa quá trình tìm kiếm và giảm thiểu chi phí duy trì cấu trúc mạng.

IV. Xây dựng mạng Chord_SL phân cấp cải thiện hiệu năng

Mạng Chord_SL là một mô hình mạng phân cấp được thiết kế để cải thiện hiệu năng của mạng P2P. Mô hình này cho phép gán định danh cho các nút siêu (supernode) và nút thông thường (ordinary node), giúp tối ưu hóa quá trình tìm kiếm. Phân tích hiệu năng mạng Chord_SL cho thấy rằng việc lựa chọn siêu nút và chiến lược tìm kiếm trong mạng phân cấp có thể ảnh hưởng lớn đến độ dài đường tìm kiếm và chi phí lựa chọn siêu nút. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa cấu trúc mạng phân cấp có thể giúp giảm thiểu tỷ lệ trễ và cải thiện khả năng mở rộng của mạng. Mô hình này không chỉ giải quyết vấn đề “Topology Mismatch” mà còn giúp cải thiện tỷ lệ tìm kiếm thành công trong môi trường mạng không ổn định.