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http://hdl.handle.net/1843/RVMR-7AAQVD
Tipo: | Tese de Doutorado |
Título: | Impactos da interatividade na escalabilidade de protocolos para mídia contínua |
Autor(es): | Marcus Vinicius de Melo Rocha |
Primeiro Orientador: | Sergio Vale Aguiar Campos |
Primeiro Coorientador: | Jussara Marques de Almeida |
Primeiro membro da banca : | Edmundo Albuquerque Souza e Silva |
Segundo membro da banca: | Rosa Maria Meri Leão |
Terceiro membro da banca: | Ivan Moura Campos |
Quarto membro da banca: | Antonio Alfredo Ferreira Loureiro |
Quinto membro da banca: | Jose Marcos Silva Nogueira |
Resumo: | Recentemente, vários protocolos escaláveis de compartilhamento de banda têm sido propostos com o objetivo de obter redução significativa nas bandas de servidor e de rede necessárias para a entrega de mídias populares. Embora a escalabilidade desses protocolos tenha sido avaliada para acesso seqüencial, alto grau de interatividade já foi observado em acesso a diversos servidores reais de mídia contínua. Além disso, alguns estudos indicaram que a interatividade pode penalizar seriamente a escalabilidade dos protocolos de mídia contínua com compartilhamento de banda e, assim, comprometer a popularidade das aplicações de mídia contínua na Internet. Dentro do contexto dos protocolos escaláveis de mídia contínua, são de particular interesse os protocolos com serviço imediato, nos quais os usuários são atendidos com uma latência muito baixa, e que se prestam a aplicações para as quais a interatividade e, portanto, a resposta rápida são requisitos.O objetivo desta tese é investigar o impacto da interatividade na escalabilidade de protocolos de mídia contínua com compartilhamento de banda e serviço imediato e propor novos mecanismos que reduzam esse impacto. Esta tese identifica um conjunto reduzido de fatores de impacto da interatividade sobre a escalabilidade de protocolos de mídia contínua e usa esses fatores como base para criar um modelo de cargas interativas. Com base nesses fatores, constrói um gerador de cargas realistas de mídia contínua. Esse gerador, associado a um conjunto amplo de cargas reais (que cobre diversas aplicações de mídia contínua), é usado como base para construir um rico conjunto de cargas sintéticas interativas realistas. Essas cargas são, então, usadas para avaliar o impacto da interatividade na escalabilidade de dois protocolos correntes de mídia contínua, Patching e Bandwidth Skimming. Uma nova expressão para a escalabilidade do Bandwidth Skimming (válida para as cargas de mídia contínua aqui empregadas) é obtida a partir de dados de simulações e indica que o impacto da interatividade é ainda maior que o estimado por trabalhos anteriores. Esta tese faz uma exploração ampla do espaço de projeto de protocolos para mídia contínua interativa, a fim de propor mecanismos capazes de minimizar o impacto da interatividade. Essa exploração tem como base o protocolo Bandwidth Skimming, mas pode ser facilmente estendida a outros protocolos de mídia contínua. Inicialmente, são apresentadas diversas estratégias focadas em aspectos específicos das cargas de mídia contínua e em aspectos do protocolo base, o Bandwidth Skimming. O efeito da fragmentação de requisições, um fenômeno que afeta qualquer protocolo que use buffer local ao cliente como forma de reduzir a retransmissão, é identificado e avaliado. Esse efeito pode reduzir a economia obtida por uma estratégia e até mesmo fazer com que a banda média de servidor requerida pela estratégia supere a requerida pelo protocolo original. Como forma de avançar a exploração do espaço de projeto de protocolos, combinam-se diversas estratégias na construção de estratégias híbridas. O impacto dessas estratégias sobre a banda requerida no cliente e na rede é também investigado de forma preliminar. Nessa avaliação a dispersão espacial e a dispersão temporal, apresentadas por este trabalho como fatores das cargas interativas que capturam seu impacto primário sobre a escalabilidade de protocolos, são usadas como um arcabouço que facilita significativamente a avaliação dos resultados do grande número de experimentos e simulações efetuados.A dispersão, apresentada em duas dimensões (temporal e espacial), é ferramental útil à avaliação de escalabilidade de protocolos. No entanto, é de difícil mensuração. Portanto, esta tese define dispersão como um parâmetro único das cargas de mídia contínua e usa-a para medir o impacto da interatividade na escalabilidade dos protocolos Patching e Bandwidth Skimming. A dispersão é, então, usada para estimar a escalabilidade do Bandwidth Skimming.Por fim, como as estratégias propostas (e também outras estratégias que usem buffer local ao cliente) são sujeitas ao efeito degenerativo da fragmentação, a exploração do espaço de projeto de protocolos é concluída com a apresentação de um protocolo adaptativo que monitora a carga como forma de escolher, dinamicamente, qual a melhor estratégia a empregar para uma certa carga. Esse protocolo usa a dispersão para guiar suas decisões a fim de evitar o efeito degenerativo da fragmentação. Com isto, obtém economia de banda de servidor (de até 66%) para uma faixa de dispersões mais ampla que qualquer estratégia individual. A melhor estratégia híbrida proposta reduz a banda média de servidor requerida pelo protocolo Bandwidth Skimming original para cargas altamente interativas, em até 53% para buffer de tamanho ilimitado e em até 46% para buffer restrito a apenas 50% do tamanho da mídia. |
Abstract: | A number of scalable bandwidth sharing protocols have been proposed, with the goal of greatly reducing the server and network bandwidth required to deliver popular media. The scalability of these protocols have been assessed for sequential workloads. However, high degree of interactivity has been observed in real media workloads. Furthermore, a number of studies show that interactivity seriously affects the scalability of the protocols and, thus, can compromise the popularity of streaming media in the Internet. In this area, immediate service protocols are of particular interest, as they serve clients with no or little delay, and can be used where fast interactive response is required.We investigate the impact of interactivity in the scalability of bandwidth sharing streaming media protocols with immediate service, and propose new strategies do reduce this impact. We identify a reduced set of interactive media workloads with impact in the scalability of such protocols, and use these factors as a basis to create a model for streaming media workloads. We use this model, together with a rich set of real streaming media workloads, to build a rich set synthetic interactive workloads which covers a wide range of interactivity profiles. We use this set of workloads to evaluate the impact of interactivity in 'Patching' and 'Bandwidth Skimming'.A number of different and complementary strategies is proposed to reduce the impact of the interactivity of 'Bandwidth Skimming', which scales better than 'Patching' for sequential and interactive workloads.We uncover the degenerative effect of 'request fragmentation' which, in some degree, affects any protocol which uses client-side buffering to reduce data retransmission. In order to comprehensively cover the design space of streaming media protocols, we also propose hybrid strategies which combine efforts of different individual strategies.'Dispersion' is defined as a factor of streaming media workloads which is key to the scalability of protocols. We start with a qualitative approach to dispersion, which is used as a framework for protocols analysis and evaluation. We follow with a quantitative approach to dispersion, which is used to estimate the server bandwidth required to the Bandwidth Skimming protocol.As any strategy is affected by the degenerative effect of request fragmentation, we propose an 'adaptive protocol'. This protocol monitors the workload, measuring it's dispersion, and uses this dispersion as a guide to decide which strategy, if any, to apply to a given workload. This protocol can be successfully used with any of our workloads (educational video, entertainment video and audio), and avoids the degenerative effect of request fragmentation. This protocol saves up to 66% of server bandwidth if compared to the original Bandwidth Skimming protocol. |
Assunto: | Sistemas de transmissão de dados Telecomunicações Sistemas multimídia Redes de computação Protocolos |
Idioma: | Português |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/RVMR-7AAQVD |
Data do documento: | 14-Dez-2007 |
Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
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