Overlay construction strategies for peer-to-peer live streaming systems - Eliseu César Miguel (2019)
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.