Dante: A Self-Adapting Peer-to-Peer System

In this paper we introduce DANTE, an unstructured P2P system in which the topology of the underlying overlay network can be dynamically adapted to the system conditions. Such an adaption is performed by the peers in an autonomous manner. DANTE uses a simple search mechanism based on random walks that, combined with the topology adaptation, allows it to work in a very efficient way. We have evaluated how DANTE behaves in practice, showing that it adapts very well to varying system conditions

Comparative Analysis of P2P Architectures for Energy Trading and Sharing

Rising awareness and emergence of smart technologies have inspired new thinking in energy system management. Whilst integration of distributed energy resources in micro-grids (MGs) has become the technique of choice for consumers to generate their energy, it also provides a unique opportunity to explore energy trading and sharing amongst them. This paper investigates peer-to-peer (P2P) communication architectures for prosumers’ energy trading and sharing. The performances of common P2P protocols are evaluated under the stringent communication requirements of energy networks defined in IEEE 1547.3-2007. Simulation results show that the structured P2P protocol exhibits a reliability of 99.997% in peer discovery and message delivery whilst the unstructured P2P protocol yields 98%, both of which are consistent with the requirements of MG applications. These two architectures exhibit high scalability with a latency of 0.5 s at a relatively low bandwidth consumption, thus, showing promising potential in their adoption for prosumer to prosumer communication

Incentive Mechanisms in Peer-to-Peer Networks — A Systematic Literature Review

Centralized networks inevitably exhibit single points of failure that malicious actors regularly target. Decentralized networks are more resilient if numerous participants contribute to the network’s functionality. Most decentralized networks employ incentive mechanisms to coordinate the participation and cooperation of peers and thereby ensure the functionality and security of the network. This article systematically reviews incentive mechanisms for decentralized networks and networked systems by covering 165 prior literature reviews and 178 primary research papers published between 1993 and October 2022. Of the considered sources, we analyze 11 literature reviews and 105 primary research papers in detail by categorizing and comparing the distinctive properties of the presented incentive mechanisms. The reviewed incentive mechanisms establish fairness and reward participation and cooperative behavior. We review work that substitutes central authority through independent and subjective mechanisms run in isolation at each participating peer and work that applies multiparty computation. We use monetary, reputation, and service rewards as categories to differentiate the implementations and evaluate each incentive mechanism’s data management, attack resistance, and contribution model. Further, we highlight research gaps and deficiencies in reproducibility and comparability. Finally, we summarize our assessments and provide recommendations to apply incentive mechanisms to decentralized networks that share computational resources

Semantic search and composition in unstructured peer-to-peer networks

This dissertation focuses on several research questions in the area of semantic search and composition in unstructured peer-to-peer (P2P) networks. Going beyond the state of the art, the proposed semantic-based search strategy S2P2P offers a novel path-suggestion based query routing mechanism, providing a reasonable tradeoff between search performance and network traffic overhead. In addition, the first semantic-based data replication scheme DSDR is proposed. It enables peers to use semantic information to select replica numbers and target peers to address predicted future demands. With DSDR, k-random search can achieve better precision and recall than it can with a near-optimal non-semantic replication strategy. Further, this thesis introduces a functional automatic semantic service composition method, SPSC. Distinctively, it enables peers to jointly compose complex workflows with high cumulative recall but low network traffic overhead, using heuristic-based bidirectional haining and service memorization mechanisms. Its query branching method helps to handle dead-ends in a pruned search space. SPSC is proved to be sound and a lower bound of is completeness is given. Finally, this thesis presents iRep3D for semantic-index based 3D scene selection in P2P search. Its efficient retrieval scales to answer hybrid queries involving conceptual, functional and geometric aspects. iRep3D outperforms previous representative efforts in terms of search precision and efficiency.Diese Dissertation bearbeitet Forschungsfragen zur semantischen Suche und Komposition in unstrukturierten Peer-to-Peer Netzen(P2P). Die semantische Suchstrategie S2P2P verwendet eine neuartige Methode zur Anfrageweiterleitung basierend auf Pfadvorschlägen, welche den Stand der Wissenschaft übertrifft. Sie bietet angemessene Balance zwischen Suchleistung und Kommunikationsbelastung im Netzwerk. Außerdem wird das erste semantische System zur Datenreplikation genannt DSDR vorgestellt, welche semantische Informationen berücksichtigt vorhergesagten zukünftigen Bedarf optimal im P2P zu decken. Hierdurch erzielt k-random-Suche bessere Präzision und Ausbeute als mit nahezu optimaler nicht-semantischer Replikation. SPSC, ein automatisches Verfahren zur funktional korrekten Komposition semantischer Dienste, ermöglicht es Peers, gemeinsam komplexe Ablaufpläne zu komponieren. Mechanismen zur heuristischen bidirektionalen Verkettung und Rückstellung von Diensten ermöglichen hohe Ausbeute bei geringer Belastung des Netzes. Eine Methode zur Anfrageverzweigung vermeidet das Feststecken in Sackgassen im beschnittenen Suchraum. Beweise zur Korrektheit und unteren Schranke der Vollständigkeit von SPSC sind gegeben. iRep3D ist ein neuer semantischer Selektionsmechanismus für 3D-Modelle in P2P. iRep3D beantwortet effizient hybride Anfragen unter Berücksichtigung konzeptioneller, funktionaler und geometrischer Aspekte. Der Ansatz übertrifft vorherige Arbeiten bezüglich Präzision und Effizienz

Content Distribution in P2P Systems

The report provides a literature review of the state-of-the-art for content distribution. The report's contributions are of threefold. First, it gives more insight into traditional Content Distribution Networks (CDN), their requirements and open issues. Second, it discusses Peer-to-Peer (P2P) systems as a cheap and scalable alternative for CDN and extracts their design challenges. Finally, it evaluates the existing P2P systems dedicated for content distribution according to the identied requirements and challenges

Processing Rank-Aware Queries in Schema-Based P2P Systems

Effiziente Anfragebearbeitung in Datenintegrationssystemen sowie in P2P-Systemen ist bereits seit einigen Jahren ein Aspekt aktueller Forschung. Konventionelle Datenintegrationssysteme bestehen aus mehreren Datenquellen mit ggf. unterschiedlichen Schemata, sind hierarchisch aufgebaut und besitzen eine zentrale Komponente: den Mediator, der ein globales Schema verwaltet. Anfragen an das System werden auf diesem globalen Schema formuliert und vom Mediator bearbeitet, indem relevante Daten von den Datenquellen transparent für den Benutzer angefragt werden. Aufbauend auf diesen Systemen entstanden schließlich Peer-Daten-Management-Systeme (PDMSs) bzw. schemabasierte P2P-Systeme. An einem PDMS teilnehmende Knoten (Peers) können einerseits als Mediatoren agieren andererseits jedoch ebenso als Datenquellen. Darüber hinaus sind diese Peers autonom und können das Netzwerk jederzeit verlassen bzw. betreten. Die potentiell riesige Datenmenge, die in einem derartigen Netzwerk verfügbar ist, führt zudem in der Regel zu sehr großen Anfrageergebnissen, die nur schwer zu bewältigen sind. Daher ist das Bestimmen einer vollständigen Ergebnismenge in vielen Fällen äußerst aufwändig oder sogar unmöglich. In diesen Fällen bietet sich die Anwendung von Top-N- und Skyline-Operatoren, ggf. in Verbindung mit Approximationstechniken, an, da diese Operatoren lediglich diejenigen Datensätze als Ergebnis ausgeben, die aufgrund nutzerdefinierter Ranking-Funktionen am relevantesten für den Benutzer sind. Da durch die Anwendung dieser Operatoren zumeist nur ein kleiner Teil des Ergebnisses tatsächlich dem Benutzer ausgegeben wird, muss nicht zwangsläufig die vollständige Ergebnismenge berechnet werden sondern nur der Teil, der tatsächlich relevant für das Endergebnis ist. Die Frage ist nun, wie man derartige Anfragen durch die Ausnutzung dieser Erkenntnis effizient in PDMSs bearbeiten kann. Die Beantwortung dieser Frage ist das Hauptanliegen dieser Dissertation. Zur Lösung dieser Problemstellung stellen wir effiziente Anfragebearbeitungsstrategien in PDMSs vor, die die charakteristischen Eigenschaften ranking-basierter Operatoren sowie Approximationstechniken ausnutzen. Peers werden dabei sowohl auf Schema- als auch auf Datenebene hinsichtlich der Relevanz ihrer Daten geprüft und dementsprechend in die Anfragebearbeitung einbezogen oder ausgeschlossen. Durch die Heterogenität der Peers werden Techniken zum Umschreiben einer Anfrage von einem Schema in ein anderes nötig. Da existierende Techniken zum Umschreiben von Anfragen zumeist nur konjunktive Anfragen betrachten, stellen wir eine Erweiterung dieser Techniken vor, die Anfragen mit ranking-basierten Anfrageoperatoren berücksichtigt. Da PDMSs dynamische Systeme sind und teilnehmende Peers jederzeit ihre Daten ändern können, betrachten wir in dieser Dissertation nicht nur wie Routing-Indexe verwendet werden, um die Relevanz eines Peers auf Datenebene zu bestimmen, sondern auch wie sie gepflegt werden können. Schließlich stellen wir SmurfPDMS (SiMUlating enviRonment For Peer Data Management Systems) vor, ein System, welches im Rahmen dieser Dissertation entwickelt wurde und alle vorgestellten Techniken implementiert.In recent years, there has been considerable research with respect to query processing in data integration and P2P systems. Conventional data integration systems consist of multiple sources with possibly different schemas, adhere to a hierarchical structure, and have a central component (mediator) that manages a global schema. Queries are formulated against this global schema and the mediator processes them by retrieving relevant data from the sources transparently to the user. Arising from these systems, eventually Peer Data Management Systems (PDMSs), or schema-based P2P systems respectively, have attracted attention. Peers participating in a PDMS can act both as a mediator and as a data source, are autonomous, and might leave or join the network at will. Due to these reasons peers often hold incomplete or erroneous data sets and mappings. The possibly huge amount of data available in such a network often results in large query result sets that are hard to manage. Due to these reasons, retrieving the complete result set is in most cases difficult or even impossible. Applying rank-aware query operators such as top-N and skyline, possibly in conjunction with approximation techniques, is a remedy to these problems as these operators select only those result records that are most relevant to the user. Being aware that in most cases only a small fraction of the complete result set is actually output to the user, retrieving the complete set before evaluating such operators is obviously inefficient. Therefore, the questions we want to answer in this dissertation are how to compute such queries in PDMSs and how to do that efficiently. We propose strategies for efficient query processing in PDMSs that exploit the characteristics of rank-aware queries and optionally apply approximation techniques. A peer's relevance is determined on two levels: on schema-level and on data-level. According to its relevance a peer is either considered for query processing or not. Because of heterogeneity queries need to be rewritten, enabling cooperation between peers that use different schemas. As existing query rewriting techniques mostly consider conjunctive queries only, we present an extension that allows for rewriting queries involving rank-aware query operators. As PDMSs are dynamic systems and peers might update their local data, this dissertation addresses not only the problem of considering such structures within a query processing strategy but also the problem of keeping them up-to-date. Finally, we provide a system-level evaluation by presenting SmurfPDMS (SiMUlating enviRonment For Peer Data Management Systems) -- a system created in the context of this dissertation implementing all presented techniques