مقاله تشویق به همکاری در شبکه بر پایه پاسخ فازی و نقطه نش فازی

بخشی از مقاله

چکیده

با گسترش روز افزون اینترنت و کاربرد آن در زندگی امروز، حجم فایلهای به اشتراکگذاری شده به شدت افزایش یافته است. یکی از بهترین روشها برای اشتراکگذاری فایلها در اینترنت استفاده از تکنولوژی نظیر به نظیر است. پیشرفتهای اخیر در زمینه دستگاههای متصل به اینترنت، استفاده از این تکنولوژی را پرکاربرد کرده است. از آنجا که مشارکت در زمینه اشتراک گذاری فایل در شبکههای نظیر به نظیر داوطلبانه است، با چالش شناخته شده آزادسواران - free riders - مواجه هستیم.

در این پدیده نظیرها منابع را از شبکه دریافت میکنند اما تمایلی به آزادسازی منابع و مشارکت در اهداف شبکه ندارند. این مسئله تهدیدی جدی برای عملکرد مناسب شبکه است تا جایی که در سال 2005 مشاهده شد فقط %1 ازکابران فایل و منابع جدید به اشتراک گذاشتند و از مابقی کاربران %85 آزادسواران بودهاند. برای مقابله با این پدیده مکانیزمهای متعددی جهت تشویق به همکاری معرفی شده است. از آنجا که مدل کردن تعاملات بین نظیرها در شبکه بوسیله نظریه بازی یک مفهوم قدرتمند در این زمینه را ارائه میدهد، در تحقیقات اخیر با استفاده از نظریه بازی مدلسازیها انجام شده است. اما به نوبه خود یکی از چالشهای بازیهای کلاسیک پیدا کردن تمامی نقاط نَش خالص است.

در اینجا رسیدن به زمانی که تمامی نظیرها در شبکه همکاری کنند، رسیدن به نتیجه بازی و نقطه تعادل نَش است. در این مقاله عدم قطعیت در تعاملات لحاظ میشود و پارامتر پیشنهادی اطلاعات اجتماعی وزندار در مدلسازی، این امکان را میدهد تا با توجه به میزان همکاری گِرهها، به آنها مجوز دریافت خدمات از شبکه داده شود، که موجب بهبود عدالت سیستم میشود. همچنین برای برطرفسازی چالش یافتن نقاط نَش خالص، روش جدید حل مسئله بوسیله پاسخ فازی پیشنهاد میشود. در روش پیشنهادی، با استفاده از نقطه نَش فازی علاوه بر بدست آورن نتیجه بازی در یک اجرا، کاهش تعداد اجرا و زمان اجرای برنامه را نیز خواهیم داشت.

.1 مقدمه

امروزه در دنیای مجازی حجم فایلهای به اشتراکگذاری شده æ    همچنین فایلهای مورد جستجو قرار گرفته به شدت افزایش یافته است. با توجه به امکانات دستگاههای متصل به اینترنت، اشتراکگذاری فایلها در اینترنت با استفاده از تکنولوژی نظیر به نظیر - Peer to Peer - پر کاربرد شده است. هر کجا همکاری داوطلبانه باشد امکان بروز سوءاستفاده از منابع سیستم وجود دارد. مسئله شناخته شده آزادسواران نیز به این موضوع اشاره دارد که کاربران در مقایسهی منابعی که در اختیار شبکه قرار میدهند، از منابع بیشتری استفاده میکنند.

در این پدیده نظیرها منابع را دریافت میکنند اما تمایلی به آزادسازی منابع æ    مشارکت در اهداف شبکه ندارند. یکی از روشهای مقابله با این آزادسواران، تشویق به همکاری است. با مدلسازی تعاملات بین نظیرها، مکانیزمهای زیادی جهت تشویق به همکاری پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی این مقاله بر پایه شبکه اجتماعی و بازی فازی است. با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تعاملات و پیچیدگی محاسباتی، مکانیزم جدیدی ارائه میشود تا علاوه بر برقرای عدالت در سیستم، کاهش تعداد و زمان اجرای برنامه را نیز داشته باشم. در ادامه مفاهیم پایه را در بخش دو، و در بخش سه مروری بر کارهای گذشته را داریم، در بخش چهار روش پیشنهادی و نتایج مورد بررسی قرار میگیرد و در انتها نتیجهگیری و پیشنهادات آینده را خواهیم داشت.

.2 مفاهیم پایه

.1-2 تکنولوژی اشتراک فایل نظیر به نظیر
در حال حاضر تکنولوژی نظیر به نظیر به طور گسترده ای در زمینه اشتراک فایل، اشتراک جریان رسانه بلادرنگ و ارتباطات مورد توجه قرار گرفته است. بخاطر قابلیتهای جدید دستگاههای متصل به اینترنت، تکنولوژی نظیر به نظیر به یک تکنولوژی مهم در اینترنت تبدیل شده است. اهمیت مسئله منجر به ایجاد پلتفرمهای نظیر به نظیر جدیدی برای اشتراک فایل شده است.[1] نظیر به نظیر به هر ارتباط چندگانه و خودگردان دستگاهها که به صورت یکسان عمل میکنند اطلاق میشود.

یک شبکه نظیر به نظیر نوعی شبکه است که در آن ایستگاههای کاری هم به صورت یک مشتری - تقاضاکنندهی داده - ، هم به صورت سرور - عرضهکنندهی داده - و هم به صورت یک خدمتگزار - عرضه کننده و تقاضا کنندهی داده - میتوانند عمل کنند. در شبکههای نظیر به نظیر کامپیوترهای موجود در شبکه دارای وظایف و مسئولیتهای معادل و مشابه هستند. در حال حاضر تکنولوژی نظیر به نظیر با رویکردی مشابه این شبکهها جهت به اشتراک گذاری فایل در اینترنت مورد استفاده قرار گرفته است.

.2-2 چالش آزادسواران - Free Riders -

 آزادسواران یک مسئله شناخته شده در شبکههای نظیر به نظیر هستند. نظیرهایی که به دانلود فایل ادامه میدهند اما در ازای آن مشارکتی در اشتراکگذاری فایلهای خود ندارد. این مسئله تهدیدی مهم برای عملکرد مناسب شبکه است. اولین مطالعه در سال 2000 انجام شد و گزارش شد که 70% نظیرها هیچ فایلی را مطلقا به اشتراک نگذاشتند و 25 درصد از نظیرها 99 تمامی نیازهای شبکه را تامین میکنند .[2]

در سیستمهای اشتراک فایل نظیر به نظیر، از آنجا که مشارکت اختیاری و داوطلبانه است، بروز آزادسواران همیشه امکانپذیر است. افزایش آزادسواران منجر به ناپایداری شبکه میشود و یکی از موثرترین روشهای مقابله با کاربران آزادسوار، تشویق به همکاری آنان است. دو چالش بزرگ در اشتراک فایل نظیر به نظیر عدم قطعیت در تعاملات و پیچیدگی محاسباتی است. در تحقیقات اخیر نظریه بازی - Game Theory - برای مدل کردن تعاملات - بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت در تعاملات - بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

همانطور که بیان شد همکاریهای نظیرها را نمیتوان در زمینه اشتراک فایل تضمین کرد و در مطالعات اخیر نشان داده شده است که بسیاری از کاربران آزادسواران هستند و هیچ فایلی را در شبکه به اشتراک نمیگذارند. براساس آمار برای اشتراک داده، اکثرا از پروتکل Gnutella یا BitTorrent استفاده میشود که هر دو این روشها نقصهایی دارند. تاکنون روشهای مختلفی برای مقابله با آزادسواران در شبکهها ارائه شده اما از آنجا که این چالش متشکل از عمل و عکس العملهای بین کاربران و مدیران شبکه است، در سالهای اخیر استفاده از نظریه بازی برای مدل کردن این پدیده بسیار قابل توجه قرار گرفته است. بازی به صورت رقابتی مدل میشود و هدف هر بازیکن کسب حداکثر سود ممکن است. برای مدلسازی هر بازی روابط بین بازیکنان و یا رفتار آنها ملاک است.

در روش پیشنهادی این مقاله رفتار بازیکنان را مدل میکنیم. اگر مدلسازی براساس رفتار بازیکنان باشد چالش یافتن تمامی نقاط نَش خالص، به دلیل عدم آگاهی دقیق از برخی رفتار کاربران وجود دارد و در صورت پیدا نشدن نقطه نَش خالص، نرخ آزادسواران افزایش مییابد. برای برخورد با این عدم قطعیت، در این مقاله بازی فازی ارائه میشود. در روش پیشنهادی، با استفاده از تخمین درجهای از نَش بودن نقاط، بازی همواره نقطه تعادل نَش دارد.

.3-2 تئوری بازی

نظریه بازیها مجموعهای از ابزار تحلیلی است که برای مدل کردن و فهم روابط بین افراد، تحت مفروضاتی مشخص، بکار میرود. افراد یا تصمیمگیرندگان به عنوان بازیکنان بازی و موجودیتی پایه برای مدلهای نظریه بازی هستند. هر حق انتخاب برای بازیکن یک استراتژی است. بازیکنان مجزا یا گروهی عمل - بازی - میکنند .[3] مدلسازی شبکههای نظیر به نظیر میتواند شامل تعاملات بین دو بازیکن در نظر گرفته شود. استراتژیای انتخاب میشود که بازیکن با انتخاب آن بهترین خروجی را داشته باشد. برای سادگی بازی، بازیکنان با رفتار عاقلانه در نظر گرفته میشوند و هر بازیکن برای اتخاذ تصمیم، تصمیمات بازیکن دیگر را نیز در نظر میگیرید.

استراتژی یک نقشه کلی از تمام عملهایی است که یک بازیکن تحت هر شرایط موجود در بازی برنامهریزی میکند. برای زمانیکه یک عمل مشخص داریم استراتژی میتواند خالص باشد، یعنی بازیکن اگر در ابتدا آن استراتژی را انتخاب کند تا انتهای بازی نمیتواند آنرا تغییر دهد. از طرفی اگر بازیکنان استراتژی مختلط اتخاذ کنند با احتمالات مختلف بازی خود را نسبت به انتخابهای اولیه میتواند تغییر دهد.

[4] راه حل بازی تعریفی از چگونگی انجام بازی است که در انتها بازیکنان با انجام بهترین استراتژیها به بیشترین سود برسند. نقطه تعادل نَش راه حلی است که حالت ثابتی را برای بازی تعریف میکند و در آن حالت هر بازیکن بیشترین سود خود را بدست آورده است و دیگر حاضر به تغییر آن نیست. در واقع نقطه تعادل نَش خالص بیان میکند که اگر دیگران ثابت و شما متغیر بازی کنید ضرر خواهید کرد. بازی انواع مختلفی دارد، که با توجه به اهداف بازیکنان دستهبندی میشوند. اگر هدف یک بازیکن در تعارض با دیگری نباشد، آن بازی همکارانه [5]، و در غیر اینصورت بازی رقابتی است. در بازی رقابتی بازیکنان سعی در افزایش سود خود و کاهش سود دیگری دارند.

.3 مروری بر کارهای گذشته

برای مقابله با آزادسواران در شبکههای نظیر به نظیر در مقاله [2] از انواع روشهای توسعه یافته برای غلبه بر این مشکل استفاده میشود.