Analytical Framework for Optimizing Weighted Average Download Time in Peer-to-Peer Networks
本文提出了一个对等网络的分析框架，并介绍了建立P2P网络的方案，以接近最小加权平均下载时间（WADT）。在所考虑的P2P框架中，服务器，它有所有的下载带宽和上传带宽的对等体的信息，最小化加权平均下载时间，通过确定从服务器到对等体和从对等体到其他对等体的最佳传输速率。本文首先定义了静态P2P网络、层次化P2P网络和严格层次化P2P网络。任何静态P2P网络都可以分解为严格分层的子对等点的等效网络。本文表明，凸优化可以通过等价地最小化严格分层网络的子节点的WADT来最小化P2P网络的WADT。通过构造一个层次化的P2P网络，给出了最小化WADT的上界，通过弱化凸问题的约束，给出了最小化WADT的下界。上界和下界都很紧。本文还提供了几个次优的解决方案，最小化WADT严格分层网络，其中的节点选择算法和块选择算法可以局部设计。
2008-11-25 cs.NI
Leveraging Social-Network Infrastructure to Improve Peer-to-Peer Overlay Performance: Results from Orkut
应用层对等（P2P）网络覆盖是一种新兴的范例，其促进了诸如组通信、内容递送和数据共享等应用的可伸缩部署中的分散性和灵活性。然而，覆盖图拓扑结构的构建优化低延迟，低链路和节点的压力和查找性能仍然是一个悬而未决的问题。我们提出了一个设计的覆盖构建在社交网络的顶部，并表明，它提供了一个相当大的改进，在查找，平均往返延迟和可扩展性，而不是其他覆盖拓扑结构。我们在一个流行的现实社会网络Orkut的拓扑结构上构建我们的覆盖。我们显示Orkuts适合我们的目的，通过评估其图形结构的聚类行为和其成员的社交模式。
2005-09-28 cs.CY cs.NI
Optimal Low-Latency Network Topologies for Cluster Performance Enhancement
我们建议，具有最小平均路径长度的网络拓扑结构互连的集群将增加其整体性能的各种应用。我们接近我们的启发式通过构建集群的蜻蜓，环面，环，Chvatal，瓦格纳，Bidiakis和其他几个拓扑结构具有最小的平均路径长度和256个节点的集群与相同的网络拓扑结构的性能进行模拟。通过最小化正则图的平均路径长度，找到最优（或次优）低延迟网络拓扑。所选的拓扑使用乒乓消息，MPI集体通信，和标准的并行应用程序，包括有效带宽，FFTE，图形500和NAS并行基准进行基准测试。我们建立了集群的性能和网络拓扑结构之间的强相关性，特别是平均路径长度，为广泛的应用。在通信密集型基准测试中，具有最佳网络拓扑的集群的性能比具有主流拓扑的集群高出数倍。令人惊讶的是，仅仅调整网络拓扑结构就足以从相同的计算硬件中恢复性能。
2019-04-01 cs.NI
A Model Based Approach to Reachability Routing
网络路由研究的当前方向没有跟上网络架构的最新发展，例如对等网络、传感器网络、ad-hoc无线网络和覆盖网络。所有这些新技术的一个共同特点是存在高度动态的网络拓扑。目前部署的单路径路由协议不能充分应付这种动态，现有的多路径算法的权衡，导致这些网络上的最佳性能。这就需要在设计路由协议时考虑到这些网络的独特特性。在本文中，我们提出了可达性路由的概念，作为解决方案的路由所带来的挑战，这样的动态网络。特别是，我们制定的可达性路由提供了成本敏感的多路径转发，以及在互联网协议（IP）架构的范围内避免环路。这是通过在概率路由框架内应用强化学习来实现的。以下解释我们的设计决策和算法的描述，我们提供了各种网络拓扑结构上的算法的性能评估。结果表明，与其他基于强化学习的路由算法相比，该算法具有一贯的优越性能。
2005-11-14 cs.NI
Ethna: Analyzing the Underlying Peer-to-Peer Network of the Ethereum Blockchain
区块链的点对点（P2P）网络用于传输其交易和区块，对系统的效率和安全性有很大影响。因此，比特币和以太坊等流行区块链的P2P网络拓扑值得我们高度关注。目前的以太坊区块链探索者（例如，Etherscan）专注于跟踪区块和交易记录，但忽略了底层P2P网络的特征。这项工作介绍了以太坊网络分析器（Ethna），这是一种探测和分析以太坊区块链的P2P网络的工具。与采用非结构化P2P网络的比特币不同，以太坊依赖于Kademlia DHT来管理其P2P网络。因此，现有的类似比特币的P2P网络分析方法不适用于以太坊。Ethna实现了一种新的方法，可以准确地测量以太坊节点的度。此外，它还集成了一种算法，可以导出以太坊P2P网络中消息传播的延迟度量。我们在以太坊主网上运行了Ethna，并进行了大量的实验来分析其P2P网络的拓扑特征。我们的分析表明，以太坊P2P网络具有一定的小世界网络效应，节点的度遵循幂律分布，这是无标度网络的特征。
2021-03-27 cs.CR cs.NI
Pisces: Anonymous Communication Using Social Networks
Tor等匿名系统的架构存在两个关键问题，限制了用户对这些系统的信任。首先，建立匿名通信的路径，而不考虑系统中的用户和中继之间的信任关系。其次，网络架构依赖于一组集中式服务器。在本文中，我们提出了Pisces，这是一种用于匿名通信的分散式协议，它利用用户的社交链接来构建洋葱路由的电路。我们认为，这样的方法大大提高了系统对攻击者的弹性。在这种情况下，一个基本的挑战是设计一个安全的过程，以发现在用户的电路中使用的对等点。用于安全对等点发现的所有现有解决方案都利用结构化拓扑，并且不能应用于非结构化社交网络拓扑。在Pisces中，我们通过在社交网络图中使用随机游走来发现节点，并偏离高度连接的节点，以防止少数节点主导电路创建过程。为了保证随机游走的安全，我们利用互惠邻居策略：如果恶意节点试图在对等点发现过程中排除诚实节点，以提高被选中的机会，那么诚实节点可以使用针锋相对的方法，并将恶意节点从其路由表中排除。我们描述了一个完全分散的协议来执行这一政策，并使用它来建立双鱼座匿名系统。使用理论建模和现实世界的社交网络拓扑结构的实验，我们表明，（a）互惠邻居策略减轻了对手可以执行的主动攻击，（b）我们的分散协议，以执行此政策是安全的，具有低开销，（c）我们的系统提供的整体匿名性显着优于现有的方法。
2012-08-30 cs.CR cs.NI cs.SI
Peer-to-Peer Secure Multi-Party Numerical Computation Facing Malicious Adversaries
我们提出了一个有效的框架，使安全的多方数值计算在对等网络。这个问题出现在一系列的应用程序，如协同过滤，分布式计算的信任和信誉，监控和其他任务，其中的计算节点预计将保持其输入的隐私，同时执行联合计算的某个功能。虽然在分布式系统安全领域有大量关于安全多方计算的文献，但在实际应用中，这些方法很难在大规模对等网络中部署。在这项工作中，我们试图弥合安全领域的理论算法和实际的对等部署之间的差距。我们考虑两种安全模型。第一种是半诚实模型，其中对等体正确地遵循协议，但试图泄露私人信息。我们提供了三种可能的方案，安全多方数值计算，这个模型，并确定一个单一的轻量级计划，优于其他。使用广泛的模拟结果在真实的互联网拓扑结构，我们证明了我们的计划是可扩展的非常大的网络，高达数百万个节点。我们考虑的第二个模型是恶意对等体模型，其中对等体可以任意行为，故意试图影响计算结果以及损害其他对等体的隐私。对于这个模型，我们提供了第四个方案来保护计算的执行免受恶意对等体的攻击。该方案相对于半诚实模型具有更高的复杂度。总的来说，我们为对等网络设计人员提供了一套工具，可根据所需的安全级别进行选择。
2009-01-18 cs.CR cs.NI
Secure and Privacy- Aware Searching in Peer-to-Peer Networks
现有的P2P网络存在虚假内容分发、搭便车、洗白和搜索可扩展性差等问题，缺乏鲁棒的信任模型和用户隐私保护机制。虽然，一些研究人员已经提出了一些信任管理和语义社区为基础的机制，以打击免费搭车和分发恶意内容，这些计划大多缺乏可扩展性，由于其高的计算，通信和存储开销。本文提出了一个强大的信任管理计划，利用拓扑结构的适应性，通过构建一个覆盖的可信的对等点，邻居选择的基础上，他们的信任评级和内容相似性的P2P网络。该方案在提高搜索效率的同时，通过可信节点之间的拓扑自适应，智能地利用语义社区结构的形成，为用户对网络资源的使用和消费模式提供了非常高水平的隐私保护。仿真结果表明，该方案提供了有效的搜索到好的节点，而惩罚恶意节点增加搜索时间的网络拓扑稳定。
2011-10-02 cs.CR cs.NI
Towards Practical Overlay Networks for Decentralized Federated Learning
针对去中心化联邦学习缺乏可实际部署的覆盖网络构建与维护协议的问题，本文提出 FedLay，以去中心化方式构建并维护近随机正则拓扑，在真实数据集上实现更快收敛、更高准确率、低通信开销及节点动态容错。
2024-09-09 cs.DC cs.NI
Study of Peer-to-Peer Network Based Cybercrime Investigation: Application on Botnet Technologies
对等（P2P）互联网协议和网络的可扩展、低开销属性很容易被犯罪分子利用来执行大范围的网络犯罪。由P2P技术辅助的犯罪类型包括侵犯版权、共享非法儿童图像、欺诈、黑客/破解、拒绝服务攻击以及通过使用各种蠕虫、僵尸网络、恶意软件、病毒和P2P文件共享传播病毒/恶意软件。该项目的重点是研究活跃的P2P节点，以及分析许多大型非结构化网络中使用的未记录的通信方法。这是通过设计和实现一个有效的P2P监测和爬行工具集。调查基于P2P的系统的要求并不限于上面列出的更明显的网络犯罪，因为许多合法的基于P2P的应用程序也可能与数字取证调查有关，例如，IP语音，即时消息等。由于网络拓扑的广泛范围以及基于P2P的应用程序的不断增加和发展，调查这些网络变得越来越困难。在这项工作中，我们介绍了通用的P2P网络调查框架（UP 2 PNIF），一个框架，使新发现的P2P网络，通过利用P2P网络功能的共性显着更快，劳动密集型的调查。结合已知网络特征的参考数据库，可以设想，任何已知的P2P网络可以立即使用该框架进行调查，这可以智能地确定最佳的调查方法，并大大加快证据收集过程。开发了一个概念验证工具，用于对BitTorrent网络进行调查。
2017-12-10 cs.CR cs.NI
A Systematic Approach to Constructing Families of Incremental Topology Control Algorithms Using Graph Transformation
在通信系统领域，通过拓扑控制（TC）算法构建和维护网络拓扑是一个重要的交叉研究领域。网络拓扑通常使用属性图建模，属性图的节点和边表示网络节点及其互连链路。TC算法的一个关键要求是满足一定的一致性和优化属性，以确保高服务质量。尽管如此，很少有人尝试建设性地将这些属性整合到TC算法的开发过程中。此外，即使许多TC算法共享大量的部分（如结构模式或平局打破策略），很少有作品建设性地利用这些共性和差异的TC算法系统。在以前的工作中，我们解决了建设性的整合一致性属性到开发过程中。我们概述了一个建设性的，模型驱动的方法来设计个人TC算法。有效的和高质量的拓扑结构的特点是使用声明图约束; TC算法指定使用编程图转换。我们应用了一个众所周知的静态分析技术来完善一个给定的TC算法的方式，得到的算法保留指定的图形约束。在本文中，我们扩展了我们的建设性方法，通过推广它来支持TC算法的家庭规格。为了证明我们的方法的可行性，我们放弃了现有的六个TC算法，并开发了e-kTC，TC算法kTC的一种新的节能变体。最后，我们评估了一个子集的指定TC算法使用一个新的工具集成的图形转换工具eMotivation和Simonstrator网络仿真框架。
2018-05-14 cs.NI cs.SE
Optimizing Network Topology to Reduce Aggregate Traffic in Systems of Mobile Robots
无人机或地面车辆等网络移动机器人系统将在未来的军事和商业应用中发挥重要作用。这种系统的通信通常通过无线链路进行，并且可能需要机器人形成自组织网络并在对等基础上进行通信。在本文中，我们考虑优化网络拓扑结构，以最大限度地减少网络中的总流量，以支持一组给定的数据流的限制下，在每个移动机器人的移动量可能的问题。在本文中，我们考虑这个问题的一个子类，其中的初始和最终的拓扑结构是树，和移动的限制，在图中必须遍历的边的数量。我们开发的算法，以优化网络拓扑结构，同时保持网络的连通性，在拓扑结构重构过程中。我们的拓扑重构算法使用前缀标签和路由的概念，通过网络移动节点，同时保持网络的连通性。我们开发了两种算法来确定最终的网络拓扑结构：一个最佳的，但计算复杂的算法，和一个贪婪的次优算法，具有低得多的复杂性。我们目前的仿真结果比较这些算法的性能。
2011-08-30 cs.NI
DeCoRIC: Decentralized Connected Resilient IoT Clustering
以低能耗开销维持对等连接是几种新兴物联网（IoT）应用的关键要求。还期望为非静态网络拓扑开发这样的连接解决方案，使得可以完全实现对设备故障的恢复能力。分散式集群已成为解决这一关键挑战的一种有前途的技术。围绕簇头（CH）的节点集群提供了一个节能的两层框架，用于对等通信。同时，去中心化确保框架能够快速适应动态变化的网络拓扑。虽然在文献中已经提出了一些分散的集群解决方案，它们要么缺乏连通性的保证，要么产生显着的能量开销来维护集群。在本文中，我们提出了分散式连接弹性物联网集群（DeCoRIC），这是一种节能的集群方案，它是自组织的，对网络变化有弹性，同时保证连接性。使用Contiki模拟器上实现的实验，我们表明，我们的聚类方案适应自己的节点故障在一个有时限的方式。我们的实验表明，DeCoRIC在所有节点之间实现了100%的连接，同时与最先进的技术BEEM和LEACH相比，系统中节点的功率效率分别提高了110%和70%。提高的功率效率也转化为第一个节点死亡之前的更长寿命，最佳情况下比BEEM长109%，比LEACH长42%。
2020-04-29 cs.DC cs.NI
Highly intensive data dissemination in complex networks
研究了非结构化P2P网络中的数据分发问题。非结构化覆盖中结构的缺失简化了网络管理，代价是在网络中传播消息的非最佳机制。因此，必须采用允许以高概率覆盖网络的大部分（例如，基于Gossip的方法）。我们确定的主要指标，提供了一个理论模型，并使用高性能的模拟器，是基于并行和分布式架构进行评估。本研究的一个要点是，我们的模拟模型考虑实现的技术细节，如使用缓存和生存时间（TTL）在消息传播，通常被忽视的模拟，由于额外的开销，他们造成的。结果证实，这些技术细节的传播计划的性能有重要的影响，研究计划是相当有效的P2P覆盖网络中传播信息，无论其拓扑结构。此外，这种传播机制的实际使用需要对许多参数进行微调，在不同的网络拓扑结构之间进行选择，并评估搭便车等行为。所有这一切都只能使用有效的仿真工具来支持网络设计阶段，在某些情况下，在运行时。
2016-09-26 cs.NI
Fission: A Provably Fast, Scalable, and Secure Permissionless Blockchain
我们介绍了Fission，这是一种新的无权限区块链，在系统吞吐量和交易确认时间方面实现了可扩展性，同时保留了区块链平等和去中心化的核心价值。Fission通过采用一种新的延迟-惰性管道模型来克服系统吞吐量瓶颈，该模型通过块管道实现非常高的系统吞吐量，自适应分区机制可以自动扩展到交易量，以及可证明安全的节能共识协议，以确保安全性和鲁棒性。Fission应用由中继网络和对等网络组成的混合网络。中继网络的目标是通过最小化信息传播延迟来最小化交易确认时间。为了优化中继网络中存在的流失，动态网络拓扑结构和网络异构性的性能，我们提出了一种超快速的博弈论中继选择算法，实现了近最优的性能在一个完全分布式的方式。Fission的点对点网络补充了中继网络，并通过使用户能够贡献其存储和带宽用于信息传播（有激励）来提供非常高的数据可用性。我们提出了一个分布式的在线数据检索策略，最佳卸载中继网络，而不会降低系统性能。通过以整体的方式重新创新区块链技术的所有核心元素-计算，网络和存储，Fission旨在实现可扩展性，安全性和分散性之间的最佳平衡。
2018-12-14 cs.CR cs.DC cs.NI
Adaptive Peer Clustering with Hierarchical Random Linear Network Coding for Resilient Decentralized Wireless Networks
Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences（Saveetha医学与技术科学研究所）；SRM Institute of Science and Technology（SRM科学与技术研究所）
APC-RLNC通过EWMA可靠性指标动态聚类对等节点，结合分层RLNC，在多类去中心化无线网络场景下提升PDR、降低延迟并增强鲁棒性，为6G无线系统提供基础原语。
2026-08-27 cs.DC cs.IT cs.NI
A Systematic Approach to Constructing Incremental Topology Control Algorithms Using Graph Transformation
通信网络是我们社会的支柱。拓扑控制算法优化这种通信网络的拓扑。由于通信网络的重要性，拓扑控制算法应该保证某些所需的一致性属性（例如，拓扑的连通性），同时实现期望的优化属性（例如，有界数目的邻居）。现实世界的拓扑是动态的（例如，因为节点在网络内加入、离开或移动），这要求拓扑控制算法以增量方式操作，即，基于最近引入的拓扑修改。可视化编程和规约语言是一种行之有效的手段，用于指定结构以及拓扑结构的一致性和优化特性。在本文中，我们提出了一种新的方法，基于一个可视化的图形转换和图形约束语言，开发增量拓扑控制算法，保证满足一组指定的一致性和优化约束。更具体地说，我们建模的拓扑控制算法和环境的可能的修改，使用图形转换规则，我们描述的一致性和优化特性，使用图形约束。在此基础上，我们应用并扩展了一个众所周知的建设性的方法来获得精细的图变换规则，保持这些图的约束。我们应用我们的方法来重新设计一个既定的拓扑控制算法，kTC，并评估它在网络仿真研究，以显示我们的方法的实用性
2018-05-09 cs.NI cs.SE
You Share, I Share: Network Effects and Economic Incentives in P2P File-Sharing Systems
研究了网络效应和外部激励对P2P网络中文件共享行为的影响。许多当前或设想的P2P网络通过经济激励或社会认可来奖励共享文件的个人。当其他人下载共享文件时，同行会权衡这一奖励和共享成本。因此，如果附近的其他节点也共享文件，则单个节点的成本会降低。这种积极的网络共享效应可以预期增加共享文件的对等体的比率。在本文中，我们提出了一个自然的模型，我们称之为“需求模型”的共享行为的网络效应。“我们证明了该模型具有理想的收益递减特性，这意味着当支付已经很高时，增加支付的网络效益会下降。这一结果相当普遍地适用于网络运营商部分的次模目标函数。事实上，我们展示了一个更强的结果：需求模型导致了一个“覆盖过程”，这意味着图上存在一个分布，使得在这个分布下的可达性准确地捕获了最终共享的节点的联合分布。这种分布的存在有利于模拟和估计系统的性能。我们建立了这一结果，通过一个一般定理，其特征在于哪种类型的模型导致覆盖过程，也表明，所有的覆盖过程具有理想的子模块的属性。我们补充我们的理论结果与实验上的几个现实世界的P2P拓扑结构。我们将我们的模型与忽略网络效应的更简单的模型进行了定量比较。实验的一个主要结果是，一个好的激励方案应该使奖励依赖于网络中节点的度。
2011-08-03 cs.DM cs.NI
LUNES: Agent-based Simulation of P2P Systems (Extended Version)
我们提出了LUNES，一个基于代理的大型非结构化网络模拟器，它允许模拟由大量节点组成的复杂网络。LUNES是模块化的，因为它将网络拓扑创建、协议仿真和性能评估这三个阶段分开。这允许容易地将外部软件工具集成到主软件架构中。网络节点之间的交互协议的仿真是通过一个模拟中间件，支持顺序和并行/分布式仿真方法。在后一种情况下，使用特定的通信开销减少机制;这保证了高水平的性能和可扩展性。为了证明LUNES的效率，我们使用在网络（代表对等覆盖）上执行的gossip协议来测试模拟器，这些协议使用不同的拓扑生成。实验结果证明了该方法的有效性。
2014-07-28 cs.DC cs.MA cs.NI
Local Search in Unstructured Networks
我们回顾了一些可用于搜索幂律网络的消息传递算法。这些算法中的大多数都是为了改进对等文件共享系统，有些算法还可以揭示具有某些拓扑结构的非结构化社交网络如何相对有效地利用本地信息。与它们所设计的网络一样，这些算法是完全分散的，并且它们利用了节点度中的幂律链路分布。我们证明，这些搜索算法中的一些可以很好地工作在真正的Gnutella网络，规模次线性的节点数量，并可能有助于减少网络搜索流量，往往削弱这样的网络。
2002-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.NI
A note on the data-driven capacity of P2P networks
本文研究了P2P网络中的两个容量问题。在第一种情况下，节点有无限数量的数据要发送，目标是最优地分配它们的上行链路带宽，使得每个对等体在接收数据率方面的需求得到满足。我们解决这个问题，通过一个映射从一个节点加权图具有两个标签每个节点上的边加权二分图的最大流问题。在所考虑的第二个问题中，资源分配由对等体有兴趣共享的数据资源的可用性驱动。也就是说，节点不能分配其上行链路资源，除非其具有要首先发送的数据。上行链路带宽分配的问题，然后相当于构建一组有向树的覆盖，使接收数据的节点的数量最大化，而同行的上行链路容量不被超过。我们表明，该问题是NP-完全的，并提供了一个线性规划分解解耦成一个主问题和多个从属子问题，可以解决在多项式时间。我们还设计了一个启发式算法，以便在合理的时间内计算出一个次优解。该算法只需要节点的局部知识，因此它应该支持分布式实现。我们分析了这两个问题，通过一系列的模拟实验，具有不同的网络规模和网络密度。在大型网络上，我们比较我们的启发式和它的变种与遗传算法，并表明我们的启发式计算更好的资源分配。在较小的网络上，我们对比这些性能的确切算法，并表明，资源分配履行了很大一部分的同行可以找到，即使是硬配置，没有资源过剩。
2009-09-16 cs.DS cs.NI
Slim Fly: A Cost Effective Low-Diameter Network Topology
我们介绍了一种高性能的成本效益的网络拓扑称为超薄飞接近理论上最佳的网络直径。Slim Fly是基于近似度直径问题的解决方案的图。我们分析了Slim Fly，并将其与传统和最先进的网络进行了比较。我们的分析表明，Slim Fly在延迟、带宽、弹性、成本和功耗方面比其他拓扑具有显著优势。最后，我们提出了无死锁的路由方案和物理布局的大型计算中心，以及详细的成本和功耗模型。Slim Fly能够构建具有成本效益和高弹性的数据中心和HPC网络，在不同的HPC工作负载（如模板或图形计算）下提供低延迟和高带宽。
2020-06-30 cs.NI
