Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems

The purpose of this dissertation is the scalable bandwidth monitoring and control of peer to peer live video streaming systems in order to guarantee the complete and on time video distribution. For this reason, designed, developed and implemented a comprehensive solution that handles the problem of...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Ευθυμιοπούλου, Μαρία
Άλλοι συγγραφείς: Κουφοπαύλου, Οδυσσέας
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2016
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/9027
id nemertes-10889-9027
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Peer to peer
Live streaming
Resource allocation
Scalable resources' monitoring
Distributed resources' control
Ομότιμα συστήματα
Διαμοιρασμός βίντεο σε πραγματικό χρόνο
Διαχείριση πόρων (εύρος ζώνης)
Κλιμακούμενη παρακολούθηση πόρων
Κατανεμημένος έλεγχος πόρων
004.652
spellingShingle Peer to peer
Live streaming
Resource allocation
Scalable resources' monitoring
Distributed resources' control
Ομότιμα συστήματα
Διαμοιρασμός βίντεο σε πραγματικό χρόνο
Διαχείριση πόρων (εύρος ζώνης)
Κλιμακούμενη παρακολούθηση πόρων
Κατανεμημένος έλεγχος πόρων
004.652
Ευθυμιοπούλου, Μαρία
Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
description The purpose of this dissertation is the scalable bandwidth monitoring and control of peer to peer live video streaming systems in order to guarantee the complete and on time video distribution. For this reason, designed, developed and implemented a comprehensive solution that handles the problem of deficit or surplus of bandwidth resources in a peer to peer live streaming system.The major requirements for a P2P live video streaming application can be summarized to the followings: a) efficiency of the video distribution in terms of utilization of peers’ upload bandwidth, in order to minimize any additional bandwidth contributed by a set of media servers (cloud) and/or maximize the playback rate of the video which the system is able to deliver, b) stability of the system which is defined as the uninterrupted and complete stream delivery in each participating peer in the presence of dynamic conditions, c) scalability which is determined by the amount of resources (bandwidth, storage, processing overhead) that the media server/cloud, which manages the system, has to contribute in order to sustain the uninterrupted delivery of the stream, as the number of participating peers grows. There are two strategies in order to adapt the P2P live streaming service to the dynamic upload bandwidth conditions of participating peers. The first is to dynamically adapt the playback rate according to the existing upload bandwidth of participating peers, while the second is to dynamically allocate upload bandwidth from auxiliary sources (e.g. clouds). The selection of a strategy has to do with the QoE that participating users desire and the business model of the service provider. The proposed system is able to guarantee the complete and on time video distribution to every participating peer based on the two aforementioned strategies. The contribution of this dissertation is summarized to the development of these strategies with respect to the aforementioned P2P live streaming requirements. In the first control strategy that has been developed, it is proposed an architecture which adapts dynamically the video playback rate according to the existing upload bandwidth of participating peers. In the second control strategy that is developed, it is proposed an architecture that dynamically calculates and allocates/releases from/to auxiliary sources (e.g. clouds) the amount of deficit/surplus of bandwidth which is required for the video distribution with respect to the video playback rate and system's resources. In the third strategy is proposed a live streaming architecture that with a not only scalable but also in a totally distributed way, is able to determine dynamically the required bandwidth (hence the equivalent in surplus/deficit) for the video distribution. At the same time if necessary subsidiary help, it will no longer come from a central source (e.g. cloud) but from other (additional and/ or unused) peers.
author2 Κουφοπαύλου, Οδυσσέας
author_facet Κουφοπαύλου, Οδυσσέας
Ευθυμιοπούλου, Μαρία
format Thesis
author Ευθυμιοπούλου, Μαρία
author_sort Ευθυμιοπούλου, Μαρία
title Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
title_short Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
title_full Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
title_fullStr Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
title_full_unstemmed Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
title_sort distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems
publishDate 2016
url http://hdl.handle.net/10889/9027
work_keys_str_mv AT euthymiopouloumaria distributedcontrolandoptimizationofpeertopeervideostreamingsystems
AT euthymiopouloumaria katanemēmenoselenchoskaibeltistopoiēsēomotimōndiktyakōnsystēmatōndiamoirasmoubinteo
_version_ 1771297231131901952
spelling nemertes-10889-90272022-09-05T13:57:37Z Distributed control and optimization of peer to peer video streaming systems Κατανεμημένος έλεγχος και βελτιστοποίηση ομότιμων δικτυακών συστημάτων διαμοιρασμού βίντεο Ευθυμιοπούλου, Μαρία Κουφοπαύλου, Οδυσσέας Κουφοπαύλου, Οδυσσέας Δενάζης, Σπυρίδων Πάλλης, Ευάγγελος Κωτσόπουλος, Σταύρος Λογοθέτης, Μιχαήλ Βαρβαρίγος, Εμμανουήλ Κορμέντζας, Γεώργιος Efthymiopoulou, Maria Peer to peer Live streaming Resource allocation Scalable resources' monitoring Distributed resources' control Ομότιμα συστήματα Διαμοιρασμός βίντεο σε πραγματικό χρόνο Διαχείριση πόρων (εύρος ζώνης) Κλιμακούμενη παρακολούθηση πόρων Κατανεμημένος έλεγχος πόρων 004.652 The purpose of this dissertation is the scalable bandwidth monitoring and control of peer to peer live video streaming systems in order to guarantee the complete and on time video distribution. For this reason, designed, developed and implemented a comprehensive solution that handles the problem of deficit or surplus of bandwidth resources in a peer to peer live streaming system.The major requirements for a P2P live video streaming application can be summarized to the followings: a) efficiency of the video distribution in terms of utilization of peers’ upload bandwidth, in order to minimize any additional bandwidth contributed by a set of media servers (cloud) and/or maximize the playback rate of the video which the system is able to deliver, b) stability of the system which is defined as the uninterrupted and complete stream delivery in each participating peer in the presence of dynamic conditions, c) scalability which is determined by the amount of resources (bandwidth, storage, processing overhead) that the media server/cloud, which manages the system, has to contribute in order to sustain the uninterrupted delivery of the stream, as the number of participating peers grows. There are two strategies in order to adapt the P2P live streaming service to the dynamic upload bandwidth conditions of participating peers. The first is to dynamically adapt the playback rate according to the existing upload bandwidth of participating peers, while the second is to dynamically allocate upload bandwidth from auxiliary sources (e.g. clouds). The selection of a strategy has to do with the QoE that participating users desire and the business model of the service provider. The proposed system is able to guarantee the complete and on time video distribution to every participating peer based on the two aforementioned strategies. The contribution of this dissertation is summarized to the development of these strategies with respect to the aforementioned P2P live streaming requirements. In the first control strategy that has been developed, it is proposed an architecture which adapts dynamically the video playback rate according to the existing upload bandwidth of participating peers. In the second control strategy that is developed, it is proposed an architecture that dynamically calculates and allocates/releases from/to auxiliary sources (e.g. clouds) the amount of deficit/surplus of bandwidth which is required for the video distribution with respect to the video playback rate and system's resources. In the third strategy is proposed a live streaming architecture that with a not only scalable but also in a totally distributed way, is able to determine dynamically the required bandwidth (hence the equivalent in surplus/deficit) for the video distribution. At the same time if necessary subsidiary help, it will no longer come from a central source (e.g. cloud) but from other (additional and/ or unused) peers. Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η κλιμακούμενη παρακολούθηση και ο ανεκτικός σε διαταραχές έλεγχος των ομότιμων δικτυακών συστημάτων διαμοιρασμού βίντεο. Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή ήρθε να συνεισφέρει στην ανάγκη για σχεδιασμό, ανάπτυξη και υλοποίηση μιας συνολικής λύσης στην αντιμετώπιση του προβλήματος της έλλειψης ή του πλεονάσματος δικτυακών πόρων σε ομότιμα συστήματα διαμοιρασμού βίντεο. Oι βασικές απαιτήσεις ενός συστήματος διαμοιρασμού βίντεο σε πραγματικό χρόνο βασισμένο σε ομότιμη αρχιτεκτονική είναι: α) αποδοτικότητα στην διανομή του βίντεο, όσον αφορά την αξιοποίηση του εύρους ζώνης των συμμετεχόντων χρηστών, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το επιπλέον εύρος ζώνης που απαιτείται να συνεισφέρει το σύνολο των εξυπηρετητών πολυμέσων, νέφος, και/ή να μεγιστοποιηθεί ο ρυθμός αναπαραγωγής του βίντεο που το σύστημα είναι σε θέση να διαμοιράσει, β) σταθερότητα η οποία ορίζεται ως η αδιάλειπτη και πλήρης διανομή του βίντεο σε κάθε συμμετέχοντα χρήστη παρά την ύπαρξη δυναμικών συνθηκών, γ) κλιμάκωση η οποία προσδιορίζεται από το συνολικό ποσό πόρων (εύρος ζώνης, αποθηκευτικός χώρος, κόστος επεξεργασίας) όπου οι εξυπηρετητές πολυμέσων (νέφος) που διαχειρίζονται το σύστημα πρέπει να διαθέσουν προκειμένου να διασφαλιστεί ο απρόσκοπτος διαμοιρασμός του βίντεο καθώς ο αριθμός των συμμετεχόντων χρηστών αυξάνεται. Βάσει της υπάρχουσας βιβλιογραφίας συνοπτικά απαντώνται δύο στρατηγικές προκειμένου να προσαρμόζεται ο διαμοιρασμός βίντεο σε πραγματικό χρόνο βασισμένος σε ομότιμη αρχιτεκτονική στη δυναμική συμπεριφορά που χαρακτηρίζει το συνολικό διαθέσιμο εύρους ζώνης των χρηστών του συστήματος. Η πρώτη στρατηγική προτείνει την προσαρμογή του ρυθμού αναπαραγωγής του βίντεο βάσει του συνολικού διαθέσιμου εύρους ζώνης του συστήματος, ενώ η δεύτερη στρατηγική διαχειρίζεται το πρόβλημα προτείνοντας δυναμικά να λαμβάνεται το επιπλέον εύρος ζώνης που απαιτείται για το διαμοιρασμό του βίντεο από βοηθητικές πηγές (π.χ. νέφος). Η επιλογή της στρατηγικής που θα ακολουθηθεί σχετίζεται με το επίπεδο ποιότητας υπηρεσιών που οι χρήστες επιθυμούν καθώς και το επιχειρηματικό μοντέλο του παρόχου. Στην περίπτωση όπου οι χρήστες και ο πάροχος επιθυμούν μια υπηρεσία διαμοιρασμού βίντεο με χαμηλό κόστος, ως καταλληλότερη στρατηγική κρίνεται η πρώτη. Αντίθετα, στην περίπτωση που επιθυμείται μια υπηρεσία διαμοιρασμού βίντεο υψηλής ποιότητας, όπου το κόστος δεν αποτελεί πρωτεύον κριτήριο, ως καταλληλότερη στρατηγική κρίνεται η δεύτερη. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται ένα σύστημα διαμοιρασμού βίντεο σε πραγματικό χρόνο βασισμένο σε ομότιμη αρχιτεκτονική που είναι κλιμακούμενο και σταθερό. Το προτεινόμενο σύστημα είναι σε θέση να εγγυηθεί την απρόσκοπτη, πλήρη, αδιάλειπτη και έγκαιρη διανομή του βίντεο σε κάθε συμμετέχοντα χρήστη βασιζόμενο στις στρατηγικές που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Η ερευνητική συνεισφορά της διατριβής συνίσταται στην ανάπτυξη τριών τεχνικών βάσει των προαναφερόμενων απαιτήσεων και κριτηρίων. Η πρώτη τεχνική είναι η παροχή ποιότητας υπηρεσιών μέσω ελέγχου του ρυθμού αναπαραγωγής βίντεο. Η δεύτερη τεχνική είναι η παροχή ποιότητας υπηρεσιών μέσω ελέγχου επιπρόσθετου εύρους ζώνης από νέφος. Η τρίτη τεχνική είναι η παροχή ποιότητας υπηρεσιών μέσω ελέγχου επιπρόσθετου εύρους ζώνης από ομότιμους κόμβους. 2016-01-07T09:22:35Z 2016-01-07T09:22:35Z 2015-09 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9027 en Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf