Trong phần này, chúng ta sẽ tiến hành các thử nghiệm để xác nhận kết quả của định lý 1 và 2 cũng như đề xuất cải thiện nêu ở trên. Để chuẩn bị cho thử nghiệm, chúng ta mở file .sln bằng Visual Studio, và trong các thí nghiệm, sẽ sử dụng file đầu vào là Homog.wl trong thư mục workloads.
Để có thể tiến hành được các thí nghiệm đã nêu, tôi đã chỉnh sửa lại chương trình mô phỏng một chút. Đó là thêm một thuộc tính đánh dấu node có phải là free-rider hay không (vì free-rider có hành động hoàn toàn khác với nút bình thường, nó không mở kết nối upload cho bất cứ nút hàng xóm nào). Trong các thí nghiệm, tôi sử dụng chức năng được thiết kế cho “post flash crown” trong bài báo [4] để đưa các free-rider vào hệ thống song song cùng với các nút bình thường. Và để thực hiện thử nghiệm 3, tôi cũng đã chỉnh sửa lại cơ chế choke đối với seed theo như mô tả trong phần đề xuất phương án cải thiện.
5.2.1. Thử nghiệm thứ nhất A. Mô tả thử nghiệm:
Trong thử nghiệm này, chúng ta sẽ kiểm tra để xác nhận lại kết quả của định lý 1. Chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng của free-riding lên hệ thống khi thay đổi tốc độ tham gia vào mạng của free-rider từ 1 đến 12, và cố định tốc độ tham gia vào mạng của non free-rider là 100.
B. Thiết lập các tham số
- File size: 50MB
- Block(piece) size: 256KB - #initial seed: 1
- Seed leaving probability: 1 - Non free-rider join rate: 100/s
- Free rider join rate: thay đổi lần lượt từ 1 đến 12 - Join time : 10s
- Băng thông của non free-rider: Download: 1500, Upload 400 - Băng thông của free-rider: Download: 1500, Upload 0
Hình 5: Sự thay đổi thời gian download trung bình của free-rider và non free-rider theo sự biến thiên tốc độ tham gia mạng của free-rider.
Từ kết quả thử nghiệm chúng ta thấy được rằng thời gian download trung bình của free-rider tăng lên một cách nhanh chóng (đường khá dốc) khi tăng tốc độ free-rider tham gia trong mạng (Tôi đã thử nghiệm khi λf bằng 20 thì 1 số free-rider không thể hoàn thành download – kết quả đó không được thể hiện trong biểu đồ này). Trong khi đó, thời gian download trung bình của các nút non free-rider lại thay đổi không đáng kể. Kết quả của thí nghiệm trong hình 5 thấy có sự tương ứng với biểu đồ lý thuyết thu được trong hình 3. Điều này chứng tỏ rằng cơ chế hiện tại của BitTorrent có khả năng hạn chế hiện tượng free-riding khá hiệu quả khi trong hệ thống không có seed.
5.2.2. Thử nghiệm thứ hai A. Mô tả thử nghiệm
Trong thử nghiệm này, chúng ta sẽ xác nhận lại ảnh hưởng của seed đối với free- rider. Chúng ta sẽ cố định tốc độ tham gia vào mạng của cả free-rider và non free-rider tương ứng là 100 và 12. Và thay đổi tham số seed leaving probability (giá trị của tham
số này là từ 0 đến 1, tương ứng với tỉ lệ số non free-rider rời khỏi hệ thống sau khi hoàn thành quá trình download, giá trị này bằng 1 có nghĩa là tất cả non free-rider đều rời hệ thống sau khi download hoàn thành, giá trị này bằng 0 có nghĩa là tất cả non free-rider sẽ ở lại hệ thống và trở thành seed sau khi hoàn thành quá trình download).
B. Thiết lập các tham số
- File size: 50MB
- Block(piece) size: 256KB - #initial seed: 1
- Seed leaving probability: Nhận các giá trị 1, 0.975, 0.95, 0.8, 0.5, 0.2, 0 - Non free-rider join rate: 100/s
- Free rider join rate: 12 - Join time : 10s
- Băng thông của non free-rider: Download: 1500, Upload 400 - Băng thông của free-rider: Download: 1500, Upload 0
C. Kết quả thu được
Hình 6: So sánh thời gian download trung bình của free-rider và non free-rider khi số lượng seed trong hệ thống thay đổi
Từ kết quả thí nghiệm, chúng ta thấy rằng, khi số lượng seed trong hệ thống tăng lên thì thời gian download hoàn thành trung bình của free-rider giảm đi, và giảm đến 1 giá trị gần như cố định khi tỉ lệ rời mạng là 0.8 (lúc này, số nút non free-rider ở lại mạng và trở thành seed tương đương với số lượng free-rider có trong mạng, do đó, free-rider có thể dễ dàng có được đủ lượng tài nguyên hệ thống cần thiết để hoàn thành download sớm). Điều này cũng khẳng định, cơ chế của BitTorrent không hiệu quả trong việc hạn chế hiện tượng free-riding khi hệ thống có nhiều seed.
5.2.3. Thử nghiệm thứ ba A. Mô tả thử nghiệm
Trong thử nghiệm thứ 3 này, chúng ta sẽ tiến hành xem xét hiệu của của đề xuất cải tiến của tôi đã nêu trong chương 4. Các tham số được thiết lập tương tự như trong thử nghiệm 2. Tuy nhiên, có sự thay đổi trong cơ chế của seed
B. Thiết lập các tham số
- File size: 50MB
- Block(piece) size: 256KB - #initial seed: 1
- Seed leaving probability: Nhận các giá trị 1, 0.975, 0.95, 0.8, 0.5, 0.2, 0 - Non free-rider join rate: 100/s
- Free rider join rate: 12 - Join time : 10s
- Băng thông của non free-rider: Download: 1500, Upload 400 - Băng thông của free-rider: Download: 1500, Upload 0
Hình 7: Thời gian download trung bình của free-rider trong cơ chế cũ và mới Trong khi thử nghiệm với tỉ lệ rời mạng của non free-rider bằng 1 và cơ chế mới, trong hệ thống chỉ có 32 free-rider có thể hoàn thành download ( trên tổng số 120 free- rider có trong hệ thống), thời gian download trung bình trên biểu đồ là tính cho các nút hoàn thành download còn lại. Với tỉ lệ rời mạng của non free-rider là 0.975 thì chỉ có 41 nút hoàn thành được quá trình download, và với tỉ lệ là 0.95 thì có 57 nút hoàn thành download. Từ tỉ lệ 0.9 trở xuống, free-rider mới có đủ tài nguyên để hoàn thành quá trình download.
Từ biểu đồ cho thấy rằng, sau khi thay đổi cơ chế của BitTorrent, thời gian download trung bình của free-rider bị tăng lên, và cơ chế mới tỏ ra đặc biệt hiệu quả khi hệ thống có số lượng seed ít. Khi số lượng seed trong hệ thống tăng lên (~ cỡ bằng số lượng free-rider thì free-rider vẫn có cơ hội nhận đủ tài nguyên thông qua Optimistic Unchoking). Điều đó chứng tỏ đề xuất cải thiện được nêu trong chương 4 cũng đạt được những hiệu quả nhất định.
Chương 6. Kết luận và phương hướng tiếp theo
Trong nội dung của khóa luận, tôi đã giới thiệu tổng quan về mô hình mạng ngang hàng và tập trung vào tìm hiểu cơ chế và cách thức hoạt động của hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent, hệ thống chia sẻ file lớn và phổ biến nhất hiện nay. Nghiên cứu tập trung vào vấn đề Free-riding đối với hệ thống BitTorrent. Bằng việc mô hình hóa hệ thống BitTorrent với các tham số, chúng ta đã thấy được rằng, các free-rider vẫn có khả năng chiếm được một phần nguồn tài nguyên hệ thống thông qua Optimistic Unchoking. Tuy nhiên, các tính toán cũng đã chỉ ra được cơ chế thúc đẩy của BitTorrent có khả năng hạn chế hiệu quả hiện tượng free-riding trong môi trường không có seed, tuy nhiên, cơ chế đó lại không thành công khi hệ thống có nhiều seed. Dựa trên kết luận trên, tôi đã đề xuất một cải tiến nhỏ giúp cho hệ thống BitTorrent hoạt động hiệu quả hơn trong việc hạn chế hiện tượng free-riding. Các thử nghiệm trên chương trình mô phỏng đã chứng minh tính đúng đắn của những kết luận thu được từ quá trình tính toán lý thuyết.
Kết quả của thử nghiệm 3 cho thấy đề xuất cải tiến đã có những hiệu quả nhất định, tuy nhiên, kết quả đó vẫn chưa đạt yêu cầu như mong muốn.
Đề tài nghiên cứu về ảnh hưởng của hiện tượng free-riding lên hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent đã đạt được những kết quả nhất định. Tuy nhiên, những kết
quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở góc độ lý thuyết và mô phỏng, và với hạn chế về thời gian và trình độ, rất có thể nghiên cứu của tôi gặp phải những sai sót.
Vấn đề đảm bảo tính công bằng trên mạng chia sẻ file ngang hàng, đặc biệt là làm sao hạn chế hiệu quả hiện tượng free-riding luông là vấn đề quan trọng vì nó thúc đẩy người dùng tham gia đóng góp cho hệ thống, nâng cao tính bền vững và hiệu quả của hệ thống. Trong tương lai, nếu có điều kiện tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để có được những kiến thức sâu hơn về hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent, từ đó có thể đề xuất được những cải tiến giá trị và hiệu quả hơn. Xa hơn nữa, có thể tìm hiểu và viết ứng dụng BitTorrent Client thực sự để những cải tiến có thể được đưa vào ứng dụng trong thực tế.
Tài liệu tham khảo
[1]http://en.wikipedia.org/wiki/BitTorrent_(protocol).
[2]http://en.wikipedia.org/wiki/Peer_to_peer.
[3] D.Bertsekas and R. Gallager, “Data Networks”, Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ 1987.
[4] A.R. Bharambe, C. Herley, and V.N. Padmanabhan, “Analyzing and Improving a BitTorrent’s Performance Mechanism”, Infocom 2006.
[5] Bram Cohen, “ Incentives Build Robustness in BitTorrent”, 2003.
[6] L. Guo, S. Chen, Z. Xiao, E. Tan, X. Ding, and X. Zhang, “Measurements, Analysis, and Modeling of BitTorrent-like Systems,” Proc. Internet Measurement Conference (IMC) , Berkeley, CA,October 2005.
[7] M. Izal, G. Urvoy-Keller, E. Biersack, P. Felber, A. Hamra, and L. Garces-Erice, “Dissecting BitTorrent: five months in a torrents lifetime,” Proc. Passive and Active Measurements, Antibes Juan-les-Pins, France, April 2004.
[8] S. Jun, andM. Ahamad, “Incentives in BitTorrent Induce Free Riding,” Proc. the ACMSIGCOMM Workshop on Economics of Peer-to-Peer Systems (P2PECON), ACM Press, Aug. 2005.
[9] T. Locher, Patrick Moor, S. Schmid, R. Wattenhofer, “Free-riding in BitTorrent is cheap”, 2006.
[10] J. A. Pouwelse, P.Garbacki, D. H. J. Epema, and H. J. Sips, “A Measurement Study of the BitTorrent Peer-to-Peer File-Sharing System,” Technical Report PDS-2004-003, Delft University of Technology, The Netherlands, April 2004.
[11] J. A. Pouwelse, P. Garbacki, D. H. J. Epema, and H. J. Sips, “The BitTorrent P2P File-Sharing System: Measurements and Analysis,” Proc. Fourth International Workshop on Peer-to-Peer Systems (IPTPS), February 2005.
[12] D. Qiu and R. Srikant, “Modeling and Performance Analysis of BitTorrent-like Peer-to-Peer Networks,” SIGCOMM, Sep. 2004.
[13] Jiadia Yu, Minglu Li, Jie Wu, “Free-Riding on BitTorrent-like File Sharing System: Modeling, Analysis and Improvement” IEEE TRANSACTIONS ON PARALLEL AND DISTRIBUTED SYSTEMS, VOL. 19, pages 954-966.
[14] Nguyễn Ngọc Hà. Nghiên cứu mô phỏng các tham số ảnh hưởng tới hiệu năng của mạng BitTorrent. Khóa luận Tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008.