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Type: Tese de Doutorado
Title: Overlay construction strategies for peer-to-peer live streaming systems
Authors: Eliseu César Miguel
First Advisor: Sergio Vale Aguiar Campos
First Co-advisor: Italo Fernando Scota Cunha
First Referee: Daniel Sadoc Menasche
Second Referee: Jussara Marques de Almeida
Third Referee: Leonardo Barbosa e Oliveira
metadata.dc.contributor.referee4: Rosa Maria Meri Leão
Abstract: A transmissão de vídeo já representa o maior tráfego na Internet. Este tipo de transmissão pode ser realizado em grande escala em redes de distribuição de conteúdo (CDNs), que incorrem em custos significativos em sua construção e uso. A distribuição de conteúdo de vídeo por meio de sistemas par-a-par, por outro lado, reduz a dependência e o custo de CDNs.Nas redes par-a-par, o conteúdo é compartilhado em uma sobreposição topológica na rede física. Isso é fundamental para o desempenho da rede. Infelizmente, a distribuição par-a-par é repleta de problemas de qualidade de experiência (QoE). Por exemplo, a chegada simultânea de um grande número de pares, conhecida como flash crowd, pode afetar a topologia da rede e interromper a transmissão de conteúdo. Além disso, em cenários em que os usuários têm uma largura de banda de contribuição limitada, os sistemas par-a-par precisam de mecanismos importantes para o incentivo de contribuição de mídia entre os pares. Os algoritmos atuais que constroem e mantêm a topologia sobreposta em sistemas de transmissão par-a-par para mídia ao vivo geralmente enfrentam problemas de latência na reprodução e descontinuidade de mídia. Quando os pares estabelecem parcerias com um número elevado de vizinhos, pode ocorrer o aumento de troca de mensagem de controle entre os pares, bem como a necessidade de uso de técnicas sofisticadas de filtragem de vizinhanças de pares para garantir que a mídia seja distribuída sem interrupção de fluxo. Mais que isso, os problemas são particularmente desafiadores quando a porcentagem de free riders na rede é alta, um caso frequentemente.Para lidar com esses desafios e ao mesmo tempo mitigar os efeitos negativos do comportamento egoísta de free riders, apresentamos a técnica chamada Classificação de pares e restrição de parcerias, do inglês Peer Classification and Partnership Constraints (2PC) que constrói e mantém a topologia sobreposta do sistema par-a-par baseada no comportamento de configuração destes sistemas. 2PC estabelece o conceito de classes de pares em que os pares são agrupados com base na contribuição da mídia que cada um oferece à rede. Essas contribuições são usadas para estabelecer restrições de parceria entre as classes, o que chamamos de Restrições de Parceria do Peer, do inglês Peer Partnership Constraints (PPC). Cada uma dessas classes configura seus pares com um número limitado de parceiros para permitir que os pares enviem pacotes de dados em ordem de chegada das solicitações e, assim, evitar a necessidade de qualquer técnica sofisticada de filtragem de vizinhança, o que reduz significativamente a complexidade do sistema. Além disso, as restrições de parcerias entre as classes de pares impedem a competição entre free riders e pares cooperativos. Esta falta de concorrência de parceria é fundamental para: (i) facilitar e acelerar o processo de ingresso de novos pares no sistema par-a-par; e (ii) ajuda o 2PC a diminuir a latência da reprodução e a descontinuidade da mídia, aproximando a classe dos pares que mais contribuem ao servidor de mídia enquanto empurra os free riders para a borda da rede. Nossos experimentos mostram que as redes que usam a estratégia do 2PC podem sustentar até 50% de free riders, o que não acontece sem o uso de 2PC, sem interferir nas parcerias entre os pares cooperativos presentes no sistema.2PC exige baixa complexidade de implementação e, além disso, incorre em baixo acréscimo de sobrecarga de mensagens de controle trocada entre pares da rede. Mais importante, uma vez que nossa solução é baseada no comportamento de configuração das redes par-a-par, nossa estratégia pode ser combinada com abordagens par-a-par atuais que lidam com flash crowd e free riders para construir e manter topologias de sistemas par-a-par com baixo custo e mais robustas.
Abstract: Video streaming now amounts to the majority of traffic on the Internet. Media streaming relies on large-scale content distribution networks (CDNs), that incur significant costs to build or use. Peer-to-peer distribution of video content reduces reliance on CDNs and costs.In peer-to-peer networks, peers share content in a topological overlay above the physical network. This is fundamental to networks performance. Unfortunately, peer-to-peer distribution is fraught with quality of experience (QoE) problems. For example, the simultaneous arrival of a large number of peers, known as flash crowd, can affect network topology and disrupt content transmission. In addition, in scenarios where users have limited bandwidth to contribute to the overlay, peer-to-peer systems need important mechanisms for peer contribution incentive in order to deliver media content for all peers.Existing peer-to-peer live streaming algorithms for constructing and maintaining network topology often face issues of high playback latency and media discontinuity problems. When peers achieve a larger number of partners, both control message overhead rises and sophisticated neighborhood filtering techniques are required to deliver media without disrupting the flow. Problems are particularly challenging when the percentage of free riders in the network is high, which is often the case. In order to deal with these challenges while mitigating free rider negative effects, we present the Peer Classification and Partnership Constraints (2PC) that constructs and maintains the network topology focusing only on simple peer-to-peer network configuration. The algorithm establishes the concept of peer classes in which peers are grouped by their media contribution to the network. These contributions are used to establish partnership criteria among classes, what we call Peer Partnership Constraints (PPC). Each of these classes sets up its peers with a limited number of out-partners in order to allow peers to send chunks in the request arrival order and avoid any sophisticated neighborhood filtering technique, significantly reducing system complexity. Moreover, constraints on peer classes prevent partnership competition between free riders and cooperative peers. This lack of partnership competition is fundamental to: (i) facilitate and speed up the process of new peers joining the overlay; and (ii) help 2PC improve playback latency and media discontinuity by bringing the class of the most contributing peers closer to the media server while moving free riders to the network edge (Silva et al., 2008; Liu, 2007). Our experiments show that 2PC ensures that the network can sustain 50% of free riders without disturbing cooperative peer partnerships on the overlay. 2PC requires low implementation complexity and in addition, incur on the low overhead of exchange messages on the network. Most important, since we are basing our solution on peer-to-peer configuration behavior, our strategies may be combined with current peer-to-peer approaches which face flash crowd events and which handle free rider peers.
Subject: Sistemas de transmissão de dados
Computação
Redes de computadores
language: Inglês
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/JCES-AWVP4H
Issue Date: 17-Nov-2017
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