DSpace at VNU: Nghiên cứu giải pháp mạng ngang hàng cho hệ thống truyền hình theo yêu cầu

Nghiên cứu giải pháp mạng ngang hàng cho hệ thống truyền hình theo yêu cầu Cao Lê Mạnh Hà Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Truyền liệu mạng máy tính; Mã số: 60 48 15 Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Tam Năm bảo vệ: 2009 Abstract: Xây dựng chế quản lý mục nhằm quản lý liệu phân tán hỗ trợ peer tìm kiếm chia sẻ tài nguyên Nghiên cứu chế lưu đệm (caching) giúp cho việc tìm kiếm download peer thuận tiện tối ưu Đánh giá hạn chế cách tiếp cận dựa mơ hình tập trung client/server Giới thiệu tổng quan mạng ngang hàng (MNH) số hệ thống V0D dựa MNH Mô tả hệ thống giải pháp PPV0D, đề cập tới chế quản lý mục phương thức lưu đệm tìm kiếm phân đoạn video Xây dựng giải thuật lập lịch nhằm kết hợp băng thông từ nhiều peer cung cấp phục vụ cho yêu cầu streaming đảm bảo chất lượng dịch vụ (playback quality) cho client Tìm hiểu vấn đề bảo mật, đánh giá lựa chọn giải pháp bảo mật thích hợp cho hệ thống để đối phó với hình thức cơng nhiễm (pollution attack), hình thức cơng đặc trưng hệ thống Media Streaming dựa MNH Mô thử nghiệm, đánh giá hiệu hệ thống PPV0D, giới thiệu mơ hình ứng dụng cho phương thức truyền hình qua mạng Internet Keywords: Cơng nghệ thơng tin; Mạng máy tính; Mạng ngang hàng; Tin học; Truyền hình Content MỞ ĐẦU Sự phổ biến Internet băng thông rộng mở giai đoạn phát triển bùng nổ ứng dụng truyền thông đa phương tiện (multimedia streaming) Sức hấp dẫn ứng dụng (đặc biệt lĩnh vực giải trí) khiến cho số lượng người dùng tăng lên nhanh chóng Tuy nhiên, theo xu phát triển khơng có số lượng người dùng ngày nhiều mà nhu cầu chất lượng ngày cao đòi hỏi băng thơng phục vụ hệ thống ngày lớn Với cách tiếp cận hầu hết hệ thống dựa mơ hình Client/Server (sử dụng vài server lưu trữ liệu phục vụ cho tất client) với đặc điểm tiêu tốn băng thông ứng dụng multimedia streaming khiến cho server ln có nguy bị tải Đặc biệt hệ thống truyền hình theo u cầu (Video on demand - VoD), có số lượng người xem lớn, lượng chương trình phong phú, tiêu tốn lượng lớn băng thông mạng cần nhiều dung lượng lưu trữ Nhận thấy hạn chế này, giải pháp quảng bá video dựa IP multicast đề xuất Mặc dù xuất từ năm 90 tốn nhiều nỗ lực đầu tư - nghiên cứu đến triển khai không đồng nhà cung cấp dịch vụ khác khiến cho công nghệ multicast không phổ biến Để đạt hiệu mong muốn, nhiều công ty lớn phải chấp nhận giải pháp proxy-base mạng phân phối nội dung CDN có chi phí th bao tốn Nhưng số lượng người dùng ngày tăng dẫn đến chi phí cho hệ thống ngày nhiều lại cản trở cho mục tiêu thương mại Việc xây dựng hệ thống VoD đạt hiệu quy mơ tiết kiệm mặt chi phí điều mà nhà cung cấp dịch vụ truyền hình qua mạng hướng tới Tuy lên năm gần công nghệ mạng ngang hàng Peerto-Peer (P2P) thu hút nhiều quan tâm ý Nhờ việc cho phép peer phục vụ lẫn tận dụng hiệu tài nguyên dư thừa hệ thống nên giải pháp P2P khắc phục hạn chế kiến trúc Client/Server Công nghệ không cho phép hệ thống đáp ứng lượng lớn truy cập tăng đột biến mà có khả mở rộng quy mô (scalability) Hơn giải pháp P2P không cần đến yêu cầu đặc biệt phần cứng mạng nên dễ triển khai Những đầu tư nghiên cứu cho Peer-to-Peer ngày nhiều dẫn đến kết ứng dụng P2P ngày phổ biến, số kể ứng dụng chia sẻ file (BitTorrent, uTorrent, eMule), ứng dụng hội thoại qua mạng VoIP (Skype)… Mặc dù vậy, việc xây dựng ứng dụng quảng bá video dựa mạng ngang hàng video on-demand gặp nhiều khó khăn - thách thức Khó khăn chủ yếu xuất phát từ nhược điểm mạng ngang hàng mức độ tham gia đóng góp tài ngun peer khơng đồng đều, peer tham gia ngắt kết nối khỏi hệ thống vào thời điểm Trong ứng dụng VoD lại loại ứng dụng yêu cầu hiệu thời gian thực băng thông lớn Điều khiến cho việc xây dựng ứng dụng VoD dựa mạng ngang hàng trở nên phức tạp hẳn so với mơ hình Client/Server Mặt khác hầu hết ứng dụng ngang hàng ứng dụng miễn phí, VoD vốn loại hình dịch vụ chủ yếu cung cấp công ty truyền thông nhà cung cấp dịch vụ Việc chuyển đổi hệ thống sang kiến trúc phân tán Peerto-Peer mà trì phương thức quản lý dịch vụ kiến trúc tập trung Client/Server điều khơng đơn giản Mục đích luận văn “Nghiên cứu giải pháp mạng ngang hàng cho hệ thống truyền hình theo yêu cầu” nhằm đưa giải pháp cho vấn đề kể Ý tưởng giải pháp luận văn xây dựng hệ thống video on demand dựa kiến trúc mạng ngang hàng lai ghép, nhằm kết hợp ưu điểm kiến trúc ngang hàng túy Client/Server Trong server trì chức quản lý, mạng ngang hàng sử dụng để giảm tải cho server Với đặc điểm mang tính phức tạp tốn xây dựng hệ thống có nhiều khía cạnh cần phải xét đến, khn khổ luận văn mình, tác giả tập trung vào bốn nội dung chính: - Xây dựng chế quản lý mục nhằm quản lý liệu phân tán hỗ trợ peer tìm kiếm chia sẻ tài nguyên 2 - Nghiên cứu chế lưu đệm (caching) để giúp cho việc tìm kiếm download peer thuận tiện tối ưu - Với đặc tính biến động (dynamic) hỗn tạp (heterogeneous) mạng ngang hàng Tác giả xây dựng giải thuật lập lịch nhằm kết hợp băng thông từ nhiều peer cung cấp phục vụ cho yêu cầu streaming đảm bảo chất lượng dịch vụ (playback quality) cho client - Thơng qua tìm hiểu vấn đề bảo mật, tác giả đánh giá lựa chọn giải pháp bảo mật thích hợp cho hệ thống để đối phó với hình thức cơng nhiễm (pollution attack) hình thức cơng đặc trưng hệ thống media streaming dựa mạng ngang hàng  Luận văn có cấu trúc sau: Luận văn bao gồm năm chương, Chương tìm hiểu đánh giá hạn chế cách tiếp cận dựa mơ hình tập trung Client/Server, sau tổng quan mạng ngang hàng giới thiệu số hệ thống VoD dựa mạng ngang hàng Nội dung Chương tập trung mô tả hệ thống giải pháp PPVoD, phần đầu tổng quan hệ thống, đề cập đến chế quản lý mục phương thức lưu đệm tìm kiếm phân đoạn video Trong chương tác giả đề xuất giải thuật lập lịch media streaming, phần cuối chương đề cập đến vấn đề bảo mật cho hệ thống Chương trình bày mơ thử nghiệm đánh giá hiệu hệ thống PPVoD Chương đề cập đến mơ hình ứng dụng cho IPTV Cuối cùng, Chương kết luận định hướng phát triển đề tài tương lai References Tài liệu tiếng Anh: [1] A Hu "Video-on-demand broadcasting protocols: A comprehensive study", in Proceedings of the IEEE Infocom, April 2001 [2] A Rowstron and P Druschel, "Pastry: Scalable, Distributed Object Location and Routing for Large-Scale Peer-to-Peer Systems", in Proc of 18th IFIP/ACM International Conference on Distributed Systems Platforms (Middleware 2001), Heidelberg, Germany, November 2001 [3] B.Zhao, J Kubiatowicz, Jeseph, Anthony, “Tapestry: An Infrastructure for Fault-tolerant Wide-area Location and Routing”, U.C Berkeley Technical Report UCB/CDS-01-1141, April 2001 [4] Bram Cohen "Incentives build robustness in BitTorrent" Workshop on Economics of Peer-to-Peer Systems, May 2003 [5] CNN pipeline review by pc magazine Internet, Februari 2007 http://www.pcmag.com/article2/0,1895,1896416,00.asp [6] CNN pipeline Website: http://www.cnn.com/pipeline [7] D S Milojicic, V Kalogeraki, R Lukose, K Nagaraja, J Pruyne, B Richard, S.Rollins, Z Xu, "Peer-to-Peer computing", Technical Report HPL-2002-57, HP Laboratories, Palo Alto [8] Dongyan Xu, Mohamed Hefeeda, Susanne Hambrusch, and Bharat Bhargava, "On Peerto-Peer Media Streaming", in Proc of Int Conf on Distributed Computing Systems 2002, Austria, July 2002 [9] Ernesto,"P2P-Next Introduces Live BitTorrent Streaming", http://torrentfreak.co-m/p2pnext-introduces-live-bittorrent-streaming-080718, July 2008 [10] Forbes Internet, December 2006 http://www.forbes.com/intelligentinfrastructure/2006/04/27/video-youtube-myspace_cx_df_0428video.html [11] Gnutella Website: http://www.gnutella.com [12] I Stoica, R Morris, D Karger, M Kaashoek, H Balakrishnan, "Chord: A Scalable Peer-to-Peer Lookup Service for Internet Applications", in Proceedings of ACM SIGCOMM ’01, 2001 [13] J Kurose Y Guo, K Suh and Don Towsley, "P2cast: Peer-to-peer patching scheme for vod service", in Proceedings of the 12th international conference on World Wide Web, pages 201–209, Budapest, Hungary, May 2002 [14] Jin B Kwon, Heon Y Yeom, "Distributed Multimedia Streaming over Peer-to-Peer Networks", 2003 [15] K Aberer, M Hauswirth, “Peer-to-Peer Information Systems: Concepts and Models, State-of-the-Art and Future Systems”, in Proceedings of ICDE’02, 2002 [16] KaZaa Website: http://www.kazaa.com/us/index.htm [17] Michalis Faloutsos Aggelos Vlavianos, Marios Iliofotou, "BiTos: Enhancing bittorrent for supporting streaming applications", In IEEE INFOCOM, 2006 [18] Mohamed M Hefeeda, Bharat K Bhargava, and David K Y Yau, "A Hybrid Architecture for Cost-Effective On-Demand Media Streaming", Computer Networks 44 (2004) [19] Napster Website: http://www.napster.com [20] Nate Anderson, "Major EU P2P research project hopes to kill traditional TV", http://arstechnica.com/news.ars/post/20080718-major-eu-p2p-research-project-hopes-to-killtraditional-tv.html, July 2008 [21] Padhye, J Kurose, D Towsley, R Koodli, "A Model-based TCP-friendly Rate Control Protocol', in Proceedings of NOSSDAV’99, 1999 [22] Peer-to-Peer Working Group Website: http://www.P2Pwg.org [23] R Rejaie, M Handley, and D Estrin, "RAP: An End-to-End Rate-based Congestion Control Mechanism for Realtime Streams in the Internet", in proceedings of IEEE INFOCOM’99, 1999 [24] S Ratnasamy, P Francis, M Handley, R Karp, S Shenker, "A Scalable ContentAddressable Network", in Proceedings of ACM SIGCOMM ’03, 2003 [25] S Sen, J Rexford, and D Towsley, "Proxy prefix caching for multimedia streams", in IEEE INFOCOM’99, NewYork, USA, March 1999 [26] Wikipedia, "CNN Pipeline", http://en.wikipedia.org/wiki/CNN_Pipeline, Februari 2007 [27] Xinyan Zhang, Jiangchuan Liu, Bo Li, Tak-Shing Peter Yum, "CoolStreaming /DONet: A Data-Driven Overlay Network for Efficient Live Media Streaming", 2004 [28] Xu-Xian Jiang and Yu Dong, "Gnustream: A mpeg video streaming system over peer-topeer network", project report for cs590n p2p networks and services Technical report, Fall 2002 [29] Y Dong D Xu D Jiang and B Bhargava, "Gnustream: a p2p media streaming system prototype", in Proceedings of the International Conference on Multimedia and Expo (ICME), volume 2, pages 325–328, July 2003 [30] Y Wang, Z Zhang, D Du, and D Su, "A network-conscious approach to end-to-end video delivery over wide area networks using proxy servers", in Proc of IEEE INFOCOM’98, San Francisco, CA, USA, April 1998 Tài liệu tiếng Việt: [31] http://vietnamnet.vn/cntt/2007/09/740453 [32] Nguyễn Văn Tam, tập giảng "Mạng máy tính nâng cao", viện Cơng nghệ thơng tin, 2006 [33] Nguyễn Đại Thọ, tập giảng "Công nghệ mạng ngang hàng", trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006-2007 ... Nghiên cứu giải pháp mạng ngang hàng cho hệ thống truyền hình theo yêu cầu nhằm đưa giải pháp cho vấn đề kể Ý tưởng giải pháp luận văn xây dựng hệ thống video on demand dựa kiến trúc mạng ngang. .. mơ hình tập trung Client/Server, sau tổng quan mạng ngang hàng giới thiệu số hệ thống VoD dựa mạng ngang hàng Nội dung Chương tập trung mô tả hệ thống giải pháp PPVoD, phần đầu tổng quan hệ thống, ... Client/Server Công nghệ không cho phép hệ thống đáp ứng lượng lớn truy cập tăng đột biến mà có khả mở rộng quy mơ (scalability) Hơn giải pháp P2P không cần đến yêu cầu đặc biệt phần cứng mạng nên dễ triển