Các kỹ thuật nâng cao hiệu quả đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trong mạng P2P

Tínhcấpthiếtcủaluậnán

Mụctiêunghiêncứucủaluậnán

- Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp có hiệu quả giải quyết bài toán đảmbảo tính nhất quán dữ liệu trong mạng P2P cụ thể (môi trường phân tán và yêu cầuđảmbảotínhnhấtquándữ liệu). - Phát biểu và phân tích bài toán đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trong mạngP2P, gồm có: mô hình nhất quán phù hợp, môi trường phân tán, yêu cầu của hệthốngvàảnhhưởngcủanhữngvấnđề nàyđếnbàitoánnghiêncứutrongluậnán.

Phươngphápnghiêncứu

- Đề xuất thuật toánOptRepvề giải pháp nhân bản dựa vào ngƣỡng tốc độyêucầu cậpnhậtcủanútđểtốiưuchiphíđảmbảotínhnhấtquándữliệu.Giảiphápcó hiệu quả cao về độ trễ cập nhật và đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả về tỷ lệcậpnhật thành công(Bàibáosố3). - Cài đặt các giải pháp đƣợc đề xuất và tiến hành thực nghiệm mô phỏngbằng công cụ Oversim [21], Open Stack [22]..; luận án đã thực hiện phân tích vàđánh giá hiệu quả đạt đƣợc của giải pháp đề xuất so sánh với các nghiên cứu củaNakashima[23] vàYi[24].

Cấutrúcluậnán

• HỆTHỐNGDỮ LIỆUCHIASẺPHÂNTÁNTRONGMẠNGP2P 1. Hệphân tán
• GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU TRONG MẠNGP2PVÀTIẾPCẬNCỦALUẬNÁN
• CHƯƠNGTRÌNHPHÂNTÁN,KHÔNGTHUẦNNHẤT
• GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CẤU TRÚC CẬP NHẬT HIỆU QUẢ ĐỐI VỚICÁCHỆTHỐNG KÉM ỔNĐỊNH
• GIẢI PHÁP LINH HOẠT TRONG CẬP NHẬT VÀ PHềNG TRÁNHTẮCNGHẼN
• GIẢIPHÁPNÂNGCAOHIỆUQUẢ SỬDỤNGMÁYẢOCẬP NHẬT

Mỗinúthoạt động vừa nhƣ mộtmáy chủvừa nhƣ mộtthiết bị định tuyến(sẵnsàng chuyển tiếp dữ liệu cho cácnútkhác). Dựa trên tình trạng kết nối của mạng, hệthốngsẽquyếtđịnhnútnàothựchiệnchuyểntiếpdữliệu. Nút tự động: Nútchủ động ra quyết định để tối ƣu hóa lợi ích về hiệu quả.Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp có thể xảy ra xung đột lợi ích giữa cácnúthoặcvớihệthống.Vìvậy,mỗiứngdụngcầncógiảiphápxemxét,xửlýtính tựđộngcủanútnhằmđảmbảo yêucầuvềlợiíchcần đạtđƣợc. Mạng P2P không có cấu trúc có ƣu điểm là dễ xây dựng, tính phân tán hoàntoàn, ít bị ảnh hưởng khi tốc độnútvào/ra hệ thống lớn và không xác định.. Tuynhiên, chúng có nhƣợc điểm là khi số lƣợngnútcàng lớn thì khả năng truy vấnthành công càng nhỏ và không thể đảm bảo truy vấn sẽ thành công. Hơn nữa, do hệthống không có định hướng nên một yêu cầu truy vấn thường phải chuyển cho mộtsố lƣợng lớnnúttrong mạng, dẫn đến hiệu quả truy vấn thấp, nhƣ tăng thời gian,tiêu tốn nhiều thông điệp và băng thông sử dụng, mất cân bằng tải. Trong khi đó,mạng P2P có cấu trúc dễ dàng mở rộng với số lƣợng lớnnúttham gia, và cung cấpkhả năng duy trì hệ thống ổn định. Tuy nhiên, việc duy trì hình thái của mạng P2Pcócấu trúc sẽ khókhăn, phức tạp và tốnnhiềuchi phí. Thamsố Mạng P2Pcócấu trúc P2Pkhôngcóc. Xâydựng mạngphủ Kémlinhhoạt Linhhoạtcao. nútvào/rahệthống) Trungbình hoặclớn Tươngđốinhỏ Phươngthứcquảnlýdữliệuphân. Trọng tâm của chương 2 trình bày cơ sở chương trình, thuật toán thực thiphân tán; lược đồ đảm đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trong mạng P2P, trong đótrình bày các giải pháp về cấu trúc và phương thức lan truyền nội dung cập nhật.Tiếp theo, luận án biểu diễn mô hình lan truyền cập nhật; trình bày, biểu diễn toánhọc các tham số đầu vào và tham số đánh giá hiệu quả đối với các lược đồ. Trong mô hình (Non - FIFO), cácsự kiện hoạt động theo thứ tự ngẫu nhiên, theo đó tiến trình gửi sẽ bổ sung thêmthông điệp và tiến trình nhận sẽ loại bỏ thông điệp từ kênh. Tính chất này đảm bảo rằngcácthôngđiệpcócùngmộtđích,sẽđượcphânphốiđảmbảonếugửitrướcsẽđượcnhậntr ước.Môhìnhquanhệtrướcsaurấthữuíchtrongviệcpháttriểncácthuậttoán phân tán. Mối quan hệ này có thể đơn giản hóa khi thiết kế các thuật toán phântán, đảm bảo sự đồng bộ trong xây dựng hệ thống. Ví dụ, trong ứng dụng trên mạngP2Pcónhiềubảnsao, thìviệccậpnhậtphảituânthủthứtựtrướcsau nhằmđảmbảotínhnhấtquándữliệu. điệp).Mốiquanhệnhịphân→𝑝đểƣợt là 10 và 15.

Hai lƣợc đồ đảm bảo tính nhất quán dữ liệu đƣợc đề xuất bởiNakashimavàYi, sử dụng phương thức lan truyền nội dung cập nhật, có hiệu quả cao đối với bàitoán nghiên cứu nhƣng ở các mục tiêu khác nhau (hệ thống dữ liệu chia sẻ khácnhau).Nakashimaxây dựng cấu trúc cây cập nhật tĩnh, trong đó mỗinútkhông cóbộ nhớ đệm, nên không xảy ra những trường hợp tắc nghẽn, mất cân bằng tải..; giảipháp đạt đƣợc hiệu quả cao về độ trễ cập nhật nhƣng kém hiệu quả đối với tính sẵnsàng của dữ liệu cập nhật. Trong chương 3, luận án trình bày các đề xuất nâng cao hiệu quả lược đồđảm bảo tính nhất quán dữ liệu, cụ thể gồm có: Giải pháp về phương thức xây dựngvà duy trì cấu trúc cập nhật, trong đó nâng cao hiệu quả truyền thông giữa các nútđể giải quyết bài toán tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn; giải pháp về phương thức cậpnhật linh hoạt trong cấu trúc cập nhật mà mỗi nút có bộ nhớ đệm và giải pháp hoánđổi liên kết các nút để phòng tránh tắc nghẽn; thuật toán nhân bản cho một nút dựavào ngưỡng tốc độ yêu cầu cập nhật nhằm tối ưu chi phí đảm bảo tính nhất quán dữliệu. Hướngtiếpcậncủacáclượcđồtrìnhbàyởmục3.1đạtđượchiệuquảcaovềđộ trễ cập nhật, nhƣng không đạt đƣợc yêu cầu về tỷ lệ cập nhật thành công.Nguyên nhân chủ yếu do cácnútkhông có bộ nhớ đệm (ví dụ nhƣ giải pháp doNakashimađề xuất), vì thế khi một bản sao khác đang đƣợc lan truyền cho cácnúttrong cấu trúc cập nhật thìnútgốc sẽ từ chối cập nhật đối với các bản sao mới.Ngoài ra còn có các nguyên nhân donútgốc trở nên quá tải, bị lỗi.

Tuynhiên, luận án đề xuất giải pháp chủ động để phòng tránh tắc nghẽn lan truyền cậpnhật tại mộtnút, đó là thực hiện giải phóng bộ nhớ đệm củanútngay khi nó bị đầyxảy ra trong hai trường hợp dưới đây, bằng cách hoán đổi liên kết cácnútdựa vàosự tương đồng về tốc độnútthực hiện cập nhật và cácnútcó tốc độ thực hiện cậpnhậtnhỏsẽđượchoánđổixuốngphíadưới củacâycậpnhật. Phương thức lan truyền cập nhật từnútgốc tớinútlá có hạn chế là tốn chiphí truyền thông do gửi qua nhiềunút(nhƣ công thức 2.12 về tính toán độ trễ cậpnhật đã trình bày trong chương 2); đồng thời dễ dẫn tới việc cácnútquá tải donútcần xử lý nhiều yêu cầu cập nhật hoặc phải thực hiện gửi cập nhật cho cácnútcon.Đặc biệt phương thức này có độ trễ tăng đột biệt trong trường hợp tốc độnútthựchiện cập nhật lớn. Ngoài nguyên nhân giải pháp đề xuất có hiệu quả hơn về phươngthức xây dựng cấu trúc cập nhật và hiệu quả truyền thống giữa cácnút, còn có hainguyên nhân khác nhƣ sau: Thứ nhất, giải pháp đề xuất chỉ thực hiện cập nhật chocácnútcó yêu cầu nên cũng giảm số lƣợngnútcần cập nhật, từ đó giảm độ trễ cậpnhậttrungbìnhsovớigiảiphápcủaNakashimavàYicầngửicậpnhậtchotất cảcácnút; thứ hai, khi số lƣợngnúttăng thì tốc độ yêu cầu cập nhật của mỗinútsẽtăng,lúc đógiảiphápđềxuấtsẽpháthuyhiệuquả.

Trong chương 3, luận án trình bày các giải pháp cải tiến hiệu quả kỹ thuật đểđảm bảo tính nhất quán dữ liệu chia sẻ trong mạng P2P, cụ thể bao gồm: Thuật toánID_LINKthực hiện xây dựng cấu trúc cập nhật hiệu quả trong các hệ thống dữ liệuchia sẻ kém ổn định do tốc độnútvào/ra hệ thống lớn; phương thức linh hoạt trongcập nhật và hoán đổi liên kết cácnútnhằm phòng tránh tắc nghẽn, từ đó nâng caohiệu quả lan truyền cập nhật trong cấu trúc cập nhật mà mỗinútsử dụng bộ nhớđệm, do đó đề xuất có hiệu quả không những về độ trễ cập nhật mà vẫn đảm bảohiệu quả cân bằng các tham số khác; thuật toán nhân bản chonútdựa vào ngƣỡngtốc độ yêu cầu cập nhật đếnnútđó nhằm tối ƣu chi phí đảm bảo tính nhất quán dữliệu, vì thế giải pháp có hiệu quả về độ trễ cập nhật và cải thiện đáng kể hiệu quả vềtỷ lệ cập nhật thành công; thuật toán phòng tránh bế tắc trong cung cấp tài nguyêncho hệ thống máy ảo xây dựng trên mạng P2P làm cơ sở ứng dụng cho giải pháp sửdụng máy ảo cập nhật.

Kếtluận

Hướngpháttriển

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đạt được của luận án, một số hướng nghiêncứumởrộng vàpháttriểntiếptheocóthểthựchiệnnhƣsau:. a) Ngoài phương thức lan truyền cập nhật để đảm bảo tính nhất quán dữ liệucủa hệ thống dữ liệu chia sẻ, còn có hai phương thức khác là lan truyền thông báovà lan truyền các thao tác điều khiển cập nhật. Mỗi phương thức có những ưu điểmđể có thể áp dụng cho các hệ thống chia sẻ dữ liệu có tính chất đặc thù. Vì vậy,hướng nghiên cứu mở rộng của luận án là sẽ tiếp tục phát triển đối với hai trườnghợptrên. b) Đề xuất lƣợc đồ đảm bảo tính nhất quán dữ liệu có hiệu quả, tối ƣu về sốlƣợng thông điệp, băng thông sử dụng và các tài nguyên khác nhằm ứng dụng trongtrườnghợptàinguyên hạnchếcủa hệthốngvàngườidùngcuối.