đồ án tối ưu hóa truyenf multicast trogn giải thuật truyền dữ liệu video stream ming

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Xuân Vinh TỐI ƯU HÓA CÂY TRUYỀN MULTICAST TRONG GIẢI THUẬT TRUYỀN DỮ LIỆU VIDEO STREAMING TRÊN MẠNG NGANG HÀNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Xuân Vinh TỐI ƯU HÓA CÂY TRUYỀN MULTICAST TRONG GIẢI THUẬT TRUYỀN DỮ LIỆU VIDEO STREAMING TRÊN MẠNG NGANG HÀNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI - 2016 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY Đỗ Xuân Vinh OPTIMIZING MULTICAST TREE STRUCTURE FOR VIDEO STREAMING ON P2P NETWORKS Major: Information Technology Supervisor: TS Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy giáo, TS Nguyễn Hồi Sơn tận tình bảo, hướng dẫn, động viên giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới quý Thầy Cô giáo Khoa Cơng nghệ thơng tin nói riêng trường Đại học Công nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội nói chung, truyền đạt kiến thức quý báu cho em năm học qua Con xin nói lên lịng biết ơn vơ hạn đến Bố Mẹ, Bố Mẹ ln nguồn chăm sóc, động viên, khích lệ đường học vấn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới anh chị bạn, đặc biệt thành viên lớp K57CLC ủng hộ, giúp đỡ suốt q trình tơi học tập giảng đường đại học thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Hà nội, ngày 28 tháng 04 năm 2016 Sinh viên Đỗ Xuân Vinh TĨM TẮT Tóm tắt –Cơng nghệ video streaming mạng P2P ngày trở nên quan trọng với phát triển Internet hầu hết người dùng khơng có điều kiện truy cập đủ nhanh để tải tất tập tin video lớn cách nhanh chóng Với Streaming video, trình duyệt người dùng bắt đầu hiển thị liệu trước nhận tồn tập tin Tuy nhiên, cơng nghệ truyền video theo dòng phải đối mặt với nhiều vấn đề để nâng cao chất lượng truyền tải, giảm thiểu độ trễ mạng tỷ lệ gói tin đường truyền Tổ chức mạng lưới tầng ứng dụng cho giải pháp hứa hẹn video streaming để giải vấn đề Một giải pháp đề tổ chức nút mạng thành cấu trúc dạng lưới Cấu trúc linh hoạt có tượng nút ra/vào mạng nhiên nút mạng lại phải chịu độ trễ thời gian lớn nút phải kéo liệu cần phát từ nút hàng xóm theo chế riêng biệt Để có giải pháp tối ưu việc xây dựng cấu trúc mạng, khóa luận đưa một giải pháp cho công nghệ video streaming mạng P2P Chúng đề xuất cấu trúc cân với việc tối ưu độ cao cây, giải tính động nút để trì cấu trúc việc tổ chức liên kết kéo liệu từ khác nhằm giảm khoảng trễ hai trình kéo đẩy liệu Cơ chế chứng minh kết việc mơ Từ khóa: video streaming, cấu trúc mạng, cấu trúc cân ABSTRACT Abstract - In the 90s of the last century, watching a video on the internet seemed to be impossible With the recent outbreak of network technology, together with the powerful development of digital era, multimedia applications which include video streaming become indispensable for many people in many parts of the world However, developing a video streaming application always faces many uphill problems which needs handling A good video streaming application meeting user’s criteria is required to have high bandwidth and low latency, enhancing online video quality transmission There have been many proposed measures to solve this problem, one of which is to organize streaming video network There are two main methods to establish a video transmitting structure One of which is the natural tree structure, however, this structure does not ensure its solid feature in case of churn node An alternative measure is the mesh structure which entirely overcome the weaknesses of the tree one, maintaining network structure in case of churn node However, the mesh structure has a long time delay because each node has to carry required data from its neighbors according to a separate mechanism To obtain a more effective solution to establish network structure, this thesis offers a method of setting a video streaming multicast transmitting structure on P2P We have recommended a balanced tree structure by multi-distribution with high optimization, handling the fluctuation of node to maintain the tree structure and organizing the data links among others seedlings to reduce the delay between push and pull data Our mechanism has been also demonstrated in the results of simulation Keywords: video streaming, network structure, balance tree structure LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kỹ thuật sử dụng ngữ cảnh xã hội hệ tư vấn phương tiện xã hội trình bày khóa luận tơi thực hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Sơn Tất tham khảo từ nghiên cứu liên quan nêu nguồn gốc cách rõ ràng từ danh mục tài liệu tham khảo khóa luận Trong khóa luận, khơng có việc chép tài liệu, cơng trình nghiên cứu người khác mà không rõ tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2016 Sinh viên Đỗ Xuân Vinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN 1.1 Giới thiệu video streaming 1.2 Nén liệu 1.3 Điểu khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng 1.4 Dịch vụ phân phát video đường truyền 1.5 Máy chủ (streaming server) 1.6 Các giao thức video streaming 10 1.7 Cơ chế đồng video streaming 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT 12 2.1 MDC 12 2.2 Giới thiệu chung cấu trúc 12 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC CÂY CÂN BẰNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA 14 3.1 Cấu trúc cân 14 3.2 Các vấn đề đặt 14 3.2.1 Khi nút tham gia vào mạng 3.2.2 Khi nút rời khỏi mạng 3.2.3 Tối ưu cân CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CÂY CÂN BẰNG 14 15 16 18 4.1 Khi nút tham gia vào mạng 18 4.2 Khi nút rời khỏi mạng 20 4.2.1 Điều kiện trước 4.2.2 Cơ chế phát nút rời khỏi mạng 4.2.3 Quy trình xử lý nút rời khỏi mạng 4.3 Tối ưu hóa cân 4.3.1 Điều kiện trước 4.3.2 Quy trình chế Switching 21 22 22 26 26 27 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 33 5.1 Cài đặt mô 33 5.1.1 Cấu trúc: 33 5.1.2 Cài đặt mô 34 5.2 Kết thí nghiệm 34 5.2.1 Xây dựng cân dựa vào chế ngẫu nhiên 34 5.2.2 Xây dựng cân theo chế tổng số nút băng thơng 35 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ CƠNG VIỆC TƯƠNG LAI 37 6.1 Kết luận 37 6.2 Công việc tương lai 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Với bùng nổ Internet giới này, ứng dụng đa phương tiện có video streaming trở nên phổ biến với lượng người dùng khổng lồ Theo thống kê, riêng Mỹ, có khoảng 33 tỷ video xem tháng 12-2012 (nguồn comScore), tỷ người dùng mạng xã hội video Youtube (gần phần ba tổng số người sử dụng Internet) Điều cho thấy tầm quan trọng lớn mạnh không ngừng ứng dụng video streaming Các ứng dụng video streaming ngày thường cần phải truyền lượng liệu lớn tới nhiều người dùng với yêu cầu độ trễ tối thiểu đảm bảo chất lượng xem video IP multicast[5] với khả tối ưu hóa đường truyền giải pháp tốt cho vấn đề Tuy nhiên việc triển khai IP multicast lại nhược điểm lớn router mạng phải hỗ trợ multicast, đồng thời, IP multicast hỗ trợ ứng dụng chạy UDP- giao thức truyền thông không tin cậy Nhằm khác phục nhược điểm này, việc triển khai multicast tầng ứng dụng (ALM) mạng P2P không làm thay đổi hạ tầng mạng phía phương thay hữu hiệu cho IP multicast Trong phương pháp truyền liệu ALM, nút không nhận liệu từ nguồn mà cịn chuyển tiếp liệu nhận cho nút khác, giảm thiểu việc tải liệu từ server streaming Tuy nhiên, nhiều vấn đề nảy sinh phương pháp này, cụ thể là, giải vấn đề vào/ra nút với việc phân phối liệu lớn vấn đề độ trễ ứng dụng video streaming Đã có nhiều đề xuất đưa ra, số tổ chức nút mạng thành cấu trúc phân phối liệu dạng đơn nhiều tập hợp lại hay cấu trúc dạng lưới Trong cấu trúc đơn[6][7], liệu từ nút nguồn truyền xuống nút nút lại chuyển tiếp liệu tới nút chúng, qúa trình truyền liệu kết thúc nút nút nhận toàn liệu Cấu trúc đơn cấu trúc cho phép ta dễ dàng thiết lập đơn giản cấu trúc không đảm bảo công nút mà nút cây(các nút nút nguồn khơng phải nút lá) phải đóng góp lượng lớn băng thơng vào mạng chung, cịn nút khơng đóng góp băng thơng chúng việc truyền liệu mạng Cấu trúc đơn cấu trúc không linh hoạt với trường hợp nút rời khỏi mạng, hệ gây làm cho nút nút khơng thể tiếp tục truyền phát video streaming tái cấu trúc lại Nút rời khỏi mạng gần nút nguồn, số lượng nút bị ảnh hường lớn Hình 4.6: sau nút số chuyển sang vị trí nút số Để giải vấn đề trên, thay đổi chế chọn nút để thay nút rời khỏi mạng Chúng không quan tâm đến băng thông nút mà chúng tơi cịn lưu ý đến level chúng Trong công việc chọn nút để thay nút rời khỏi mạng, nâng độ ưu tiên cho nút mà chúng level thấp hơn, dù chúng có băng thơng thấp so với nút khác level Như hồn tồn giải vấn đề nút rời khỏi mạng mà trì cân Một trường hợp khác, nút chọn có Trường hợp hồn tồn xảy ra, thời gian nút cha gửi yêu cầu chuyển đổi vị trí cho nút lá, nút bất ngờ di chuyển lên trên, hay nhận thêm nút tham gia vào mạng Vì trường hợp này, nút khơng thể chuyển đổi vị trí u câu nút cha việc có thêm khơng thể đảm bảo chúng có đủ băng thơng để nhận tất nút rời làm Vì thế, trường hợp xảy ra, nút chọn từ chối dịch chuyển gửi thông báo cho nút cha Nút cha phải chọn nút khác danh sách tiếp tục gửi yêu cầu tìm nút thay cho nút rời Sau tìm nút thay phù hợp với vị trí nút rời đi, nút di chuyển lên vị trí Đến đây, tất cơng việc cịn lại cập nhật lại tồn thơng tin, nút cha, nút con, danh sách nút kéo liệu nút bị ảnh 25 hưởng Và công việc cuối chế giải nút rời khỏi mạng 4.3 Tối ưu hóa cân Với mục đích làm giảm độ cao trung bình tăng độ rộng cấu trúc cân bằng, đưa giải pháp nút có băng thơng cao đẩy lên trên(level bên trên) thay để nút gần đáy Với chế này, nút nhận nhiều chuyển lên trên, nút có băng thông thấp đưa xuống Như vậy, với tổng số nút nhau, cấu trúc áp dụng chế có độ cao trung bình giảm xuống so với với câu trúc khơng áp dụng, thời gian truyền liệu toàn mạng giảm xuống, nút đáy chịu độ trễ thời gian thấp Cuối cùng, hiệu truyền liệu toàn mạng tăng cao Trong phần này, giới thiệu phương pháp Switching, nhằm để giải quyêt vấn đề nêu trên, tối ưu cấu trúc mà xây dựng 4.3.1 Điều kiện trước Như đề cập trên, để tận dụng tối đa băng thông tất nút mạng, chuyển nút có băng thơng lớn lên Tuy nhiên, nút tham gia vào mạng, đảm bảo xác suất nút mạng thời gian dài lớn, việc nút rời khỏi mạng việc hồn tồn xảy đến Và đó, lại phải chuyển đổi nút, tái cấu trúc lại cân băng thêm lần Việc phải tái cấu trúc nhiều lần dẫn đến hậu rằng, việc truyền liệu bị trì trệ lớn, nhiều nút phải chịu độ trễ cao, làm giảm hiểu truyền liệu cách rõ rệt Bằng trực giác, độ ổn định nút tỷ lệ thuận với thời gian nút mạng chúng ta, lại biết thời điểm mà nút rời khỏi mạng hay khoảng thời gian mà nút đố tồn mạng nút tham gia vào mạng Vì thế, chúng tơi đưa dự đoán thực tế dựa vào thời gian mà nút tồn mạng, tính từ thời điểm nút tham gia vào mạng Như nhắc đến trước đây, nghiên cứu nút có thời gian tồn mạng cao có xu hướng mạng lâu Do vậy, tuổi đời nút mạng phản ánh phần độ ổn định nút Kết luận, chúng tơi để nút tham gia vào mạng vị trí level khoảng thời gian định trước dịch chuyển lên nhằm đảm bảo xác suất cân tái cấu trúc lại nhiều lần phân tích bên 26 Điều thứ hai chúng tơi muốn nói đến đây, chế để nút nhận biết liệu có nút nút cháu có băng thơng lớn băng thơng hay không Để làm điều này, giống chế giới thiệu phần xử lý nút rời khỏi mạng, nút giữ danh sách nút có băng thơng cao số cháu nó, danh sách gọi danh sách nút ứng viên Ở phần xử lý nút rời khỏi mạng, danh sách nút để chọn nút thay nút trường hợp nút rời khỏi mạng, phần danh sách nút ứng viên dùng để tìm nút có băng thơng cao băng thơng Thật vậy, có nút có băng thơng lớn, thêm vào danh sách đó, danh sách chọn theo tiêu chí băng thơng thời gian nút mạng Tiếp sau đó, thơng tin nút ứng viên chuyển lên cho nút cha nó, nút cha dựa vào thông tin nút gửi cho chọn danh sách nút ứng viên làm danh sách riêng tiếp tục chuyển tiếp lên Quá trình dừng lại đến nút gốc cân chọn sanh sách nút ứng viên cho 4.3.2 Quy trình chế Switching Để hiểu rõ quy trình chế switching, chế tối ưu hóa cân bằng, bước xử lý chế thể rõ hình 4.7 sau: 27 Hình 4.7: Cơ chế Switching STABILIZE_MESSAGE thông báo mà nút gửi mong muốn nút nhận kiểm tra lại danh sách nút con, tìm kiếm nút có băng thơng lớn Sau nhận STABILIZE_MESSAGE nút mạng, nút kiểm tra lại xem danh sách nút ứng viên nó, có nút mà băng thơng lớn băng thơng hay khơng Yếu tố thời gian sống nút không xem xét việc lựa chọn Bởi vì, yếu tố chọn lựa thời gian hình thành danh sách nút ứng viên nút Có nghĩa là, sau khoảng thời gian sau nút có băng thơng lớn tham gia vào mạng thêm vào danh sách nút ứng viên này, khơng phải thêm sau tham gia vào mạng cho dù có băng thơng lớn so với nút khác Sau kiểm tra danh sách nút ứng viên, tìm nút có băng thơng lớn băng thơng nó, gửi SWITCH_REQUEST_MESSAGE đến nút SWITCH_REQUEST_MESSAGE thơng báo mà nút gửi yêu cầu nút nhận thông báo đổi vị trí lên vị trí Trong trường hợp có nhiều nút có băng thơng lớn băng thơng nút tại, nút chọn nút có băng thơng lớn để gửi yêu cầu đổi chỗ Tiếp đến tìm hiểu việc cần làm sau gửi yêu cầu đổi chỗ hai nút nút liên quan Đây phần cốt lõi chế tối ưu hóa cân Hình 4.8 hình ảnh minh họa sơ đồ chúng tơi, dựa vào đó, phân tích trường hợp chế rõ ràng (Lưu ý rằng, nút trắng sơ đồ chúng tơi có tác dụng tượng trưng cho nút con, nút mà khơng có ảnh hưởng chế chúng tôi) Trong sơ đồ chúng ta, để không tính tổng quát, giả dụ nút B nút nhận STABILIZE_MESAGE tìm danh sách nút ứng viên xem có nút có băng thơng lớn băng thơng hay khơng Nếu tồn nút có băng thơng thực lớn băng thơng nút B, gửi SWITCH_REQUEST_MESSAGE đến nút Ở đây, nút mà B gửi SWITCH_REQUEST_MESSAGE nút C,D,E,F,G Tới đây, việc chuyển đổi vị trí nút lại chia thành trường hợp khác quan hệ tập nút không cấu trúc Chúng chia vấn đề thành ba trường hợp riêng biệt: nút B nút gửi tin nhắn hai cha con, nút gửi tin nhắn nút lá, nút B nút gửi tin nhắn khơng có hai đặc điểm 28 Hình 4.8: Sơ đồ  Trường hợp 1: nút B nút gửi tin nhắn yêu cầu chuyển đổi hai cha Tức nút gửi tin nhắn nút C nút D Để khơng tính tổng qt, già dụ nút D nút có băng thơng cao nút B nút có băng thơng cao tập nút ứng viên B Tiếp đó, sau nhận SWITCH_REQUEST_MESSAGE từ nút B, nút B chuyển xuống vị trí nút D nút D chuyển lên vị trí nút B, đồng thời nút D kéo lên theo cùng, hết băng thơng Giả dụ, băng thông nút D 4(băng thông) sau chuyển lên vị trí nút B, cịn dư hai băng thơng để nhận thêm nút con, kéo hai nút có băng thông cao lên (giả dụ E F) Còn nút G chuyển làm B Sau hoàn thành việc đổi vị trí, cấu trúc có dang hình 4.9 29 Hình 4.9: Cấu trúc sau Switch, trường hợp  Trường hợp 2: nút nhận SWITCH_REQUEST_MESSAGE nút Ở đây, nút nút H,I,J,… Giả dụ, nút H nút có băng thơng lớn nhất, nhận SWITCH_REQUEST_MESSAGE từ nút B Trường hợp đơn giản, sau nhận yêu cầu chuyển đổi từ nút B, nút H chuyển lên vị trí nút B đồng thời nút B chuyển đến vị trí nút H Nút H nhận toàn nút B làm cộng thêm với nút B Nút H hồn tồn đủ băng thơng để thực việc băng thơng nút H lớn băng thông nút B băng thơng nút E lớn băng thơng nút B đơn vị hoàn toàn nhận thêm B làm sau nhận toàn nút B Cấu trúc sau tái cấu trúc biểu diễn hình 4.10  Trường hợp 3: nút nhận SWITCH_REQUEST_MESSAGE nút khơng hai trường hợp trên, khơng có quan hệ cha với nút B khơng phải nút Trong cấu trúc hình 4.8, nút E, F,G… Giả sử, nút E nút có băng thơng lớn nú B gửi SWITCH_REQUEST_MESSAGE đến cho 30 Hình 4.10: Cấu trúc sau Switch, trường hợp Đầu tiên, nút E chuyển lên vị trí nút B đơng thời nhận tồn nút B làm Hơn nữa, nút E nhận nút B làm con, băng thông nút E chắn đủ để làm việc Nếu cịn thừa băng thơng, nút E kéo nó, tức nút H I J, lên phía với Nếu khơng cịn đủ băng thơng để thực hiên việc này, cũ cịn lại E chuyển thành cịn B Giả dụ băng thơng E băng thông, E nhận B,C,D làm cịn thừa băng thơng Một băng thơng dành cho nút có băng thơng cao số nó, ví dụ nút H Và nút I,J chuyển làm còm B Cấu trúc tái cấu trúc lại hình 4.11 31 Hình 4.11: Cấu trúc sau switch, trường hợp Trên ba trường hợp tổng quát xảy chế switch chúng tơi Sau đổi vị trí nút ba trường hợp đó, nút phải gửi tin nhắn cập nhật thông tin đến nút bị ảnh hưởng Các thông tin nút cha, con, nút kéo liệu phải cập nhật cho đắn Nút B gửi PULL_UPDATE_MESSAGE tới nút kéo liệu từ nút B nút X(nút B gửi SWITCH_REQUEST_MESSAGE cho) Nút gửi PULL_REQUEST_UPDATE_MESSAGE tới nút gửi liệu tới nút B nút X Sau đó, nút B gửi CHILD_UPDATE_MESSAGE tới nút nút nút X Nút B gửi PARENT_UPDATE_MESSAGE tới nút cha nút B nút X Suốt trình chuyển đổi nút B nút X, trang thái hai nút để trạng thái bận 32 Chương 5: Mô đánh giá 5.1 Cài đặt mô Chúng xây dựng mô hình mơ hướng kiện dựa lập lịch SMPL để đánh giá hiệu suất hệ thống chúng tơi Chúng tơi sử dụng chương trình mơ thay triển khai phương thức chúng tơi mơ hình mạng thực tế ví Planet Lab chương trình mơ phỏng, chúng tơi theo dõi quan sát tất tính tốn hệ thống cách dễ dàng Hơn nữa, việc sử dụng mơ phỏng, chúng tơi kiểm tra hiệu suất hệ thống loạt kịch đánh giá khác Tất tính tốn hệ thống thể kiện sau:  NODE_CHURN: kiện nút tham gia hay rời khỏi mạng Nếu kiện nút tham gia vào mạng, chương trình mơ tạo kiện MESSAGE_SENT để gửi tin nhắn yêu cầu tham gia vào mạng Nếu kiện nút rời khỏi mạng, chương trình mơ xóa nút khỏi danh sách  MESSAGE_SENT kiện trao đổi tin nhắn qua lại giữ hai nút mạng Chương trình mơ xác định độ trễ thời gian nút nguồn nút đích tạo mọt kiện MESSAGE_RECEIVED sau khoảng độ trễ thời gian  MESSAGE_RECEIVED: kiện mà nút nhận tin nhắn Chương trình mơ giữ lấy tin nhắn xử lý nội dung tin nhắn Nó tạo kiện cần thiết Để đánh giá độ hiệu phương pháp chúng tôi, xây dựng mô hệ thống PRIME so sánh hiệu suất hệ thống với hiệu suất phương pháp Trong mô PRIME, nút bootstrap giữ thơng tin tồn mạng Khi có nút muốn tham gia vào mạng, gửi yêu cầu đến nút bootstrap Sau đó, nút bootstrap tổ chức liên kết cho nút muốn tham gia vào mạng Để thỏa mãn ràng buộc cấp bậc băng thông PRIME, mô PRIME trường hợp tất nút có băng thông vào Mỗi nút mạng liên kết với bốn nút nút cha Hơn nữa, nút có thơng tin nút level thấp khác để tạo liên kết kéo liệu 5.1.1 Cấu trúc: Chúng sử dụng tạo GT-ITM để tạo 1500 nút để tạo đồ thị phân khu liên kết Có nút chuyển giao, nút chuyển giao trung bình liên kết với 33 vùng phân khu nhỏ Mỗi vùng phân chứa trung bình khoảng 50 nút Xác suất để nút chuyển giao có kết nối trực tiếp tập giá trị không Chúng dùng hàm ngẫu nhiên để tạo khoảng trễ nút Những khoảng trễ nút chuyển giao lấy ngẫu nhiên từ 100 ms đến 200 ms Các khoảng trễ nút chuyển giao tới vùng phân khu lấy ngẫu nhiên từ 50ms đến 100ms Và khoảng trễ nút tới vùng phân khu lấy ngẫu nhiên từ 1ms đến 30ms 5.1.2 Cài đặt mô Nút nguồn chế truyền video streaming chúng tơi có băng thơng 400Kbps Dịng video mã hóa thành dịng tất dịng có tốc độ bit 100Kbps Nút nguồn tạo segment liệu sau 𝛿 giây suốt 3000 giây, với 𝛿 tất kịch mô Chúng nghiên cứu hệ thống với 1000 nút tham gia lấy ngẫu nhiên từ 1500 nút mạng Chúng tơi phân tích so sánh kết thực nghiệm khía cạnh sau:  Độ cao trung bình cấu trúc xây dựng Với 1500 nút, level cao mà mong muốn đạt level  Các nút có băng thơng lớn đẩy lên trên, có nghĩa nút level có băng thơng lớn nút level 5.2 Kết thí nghiệm Trong tất kịch thử nghiệm chúng tôi, nút nguồn có băng thơng 400Kbps, tức nhận tối đa bốn nút con, liệu nguồn mã hóa thành bốn luồng liệu nút phải xác định cho ba liên kết kéo để có chất lượng video tốt Ngồi ra, kịch thử nghiệm chúng tôi, băng tông nút mạng khơng đồng để thử nghiệp sát với thực tế Chúng tiến hành thí nghiệm kịch sau:  Thiết lập dựa vào chế ngẫu nhiên  Thiết lập cân dựa vào tổng số nút băng thông 5.2.1 Xây dựng cân dựa vào chế ngẫu nhiên Trong trương hợp này, nút tham gia vào chọn vị trí theo chế ngẫu nhiên không tuân theo quy luật Cụ thể hơn, nút tham gia vào mạng, gửi yêu cầu đến nút gốc, nút gốc xem xét nhận nút làm cịn đủ băng thơng chuyển tiếp gói tin yêu cầu đến nút Việc lựa chọn nút để chuyển tiếp gói tin hoàn toàn ngẫu nhiên, nút gửi yêu cầu 34 tham gia vào nhánh mà không quan tâm đến số lượng nút hay tổng băng thơng nhanh Và kết chế thể bảng sau: Level Số nút 1 26 124 496 1096 251 Bảng 1: Bảng thể số nút level tương ứng chế random Với tổng số nút mạng 2000 nút, cấu trúc chúng tơi có cấu trúc gồm level Với số nút hai level cuối nhỏ so với số nút level thứ Điều chứng tỏ rằng, độ cao rõ ràng chưa tối ưu Số level rút ngắn lại, theo giảm thời gian chờ nút lá, nâng cao hiệu truyền liệu toàn mạng 5.2.2 Xây dựng cân theo chế tổng số nút băng thông Khác với chế ngẫu nhiên, việc chuyển tiếp tin nhắn yên cầu tham gia vào mạng nút lựa chọn theo tiêu chí tổng băng thơng tổng số nút cho tổng băng thông tổng số nút có gốc nút mạng phải tương đương đặc điểm cấu trúc cân mà mong muốn xây dựng Kết cấu trúc mà xây dựng được thể bảng sau: Level Số nút 1 20 113 500 1271 91 Bảng 2: Bảng thể số nút level tương ứng chế Như vậy, với tổng số nút 2000, với chế trình bày chúng tôi, độ cao mà chúng tơi xây dựng giảm xuống cịn level Số nút level tăng lên đáng kể, đồng nghĩa với việc phần lớn nút mạng phải chịu độ trễ so với chế chọn lựa ngẫu nhiên bên Đồ thị hình 5.1 thể so sánh hai chế mà vừa đề cập Độ cao cân xây dựng dừng level 6, thấp chế ngẫu nhiên level số nút level cân thấp hẳn số nút cân theo chế ngẫu nhiên Điều chứng tỏ rằng, phần lớn nút khơng cịn chịu độ trễ cao level cao nữa, nút chuyển lên level nhận luồng liệu sớm 35 2500 2000 1500 random balance 1000 nodeNum 500 level Level Level Level Level Level Level Level Level Level Level 10 Level 10 Level Level Level Level nodeNum Level balance Level random Level Level Level level 0 500 1000 1500 2000 2500 Hình 5.1: Đồ thị so sánh chế ngẫu nhiên chế cân tổng băng thông số nút 36 Chương 6: Kết luận công việc tương lai 6.1 Kết luận Trong khóa luận này, chúng tơi giới thiệu đến bạn cấu trúc khác để xây dựng nút mạng P2P phục vụ cho việc truyền liệu video trực tiếp Cấu trúc mà xây dựng hoàn thiện gọi cấu trúc cân phương pháp chúng tôi, nút mạng tập hợp tổ chức thành riêng biệt có chung gốc Nguồn liệu ban đầu mã hóa theo kiểu MDC thành nhiều luồng liệu khác nhau, luồng phát tán riêng cho có chung gốc đề cập Mỗi nút mạng nhận luồng liệu đẩy từ cha vào luồng liệu cịn lại khác dựa vào liên kết kéo liệu mà chúng tự thiết lập Có hai đặc điểm quan trong cấu trúc chúng tôi, tổng số nút tổng số băng thơng có gốc nút mạng phải tương đương thứ hai là, nút có băng thơng lớn dần chuyển lên level trên, tiến gần đến nút gốc Các điều giúp cho độ cao trung bình giảm xuống , đó, thời gian truyền phát liệu tồn mạng giảm xuống đáng kể, nút chịu đỗ trễ thấp nhiều Để trì giải vấn đề nút ra/vào cây, có chế xử lý riêng trình bày nội dung khóa luận Cấu trúc cân sở để phát triển chết tit-for-tat, giúp khuyến khích nút 37 đóng góp nhiều băng thơng vào mạng lưới chung, giúp nâng cao hiệu suất truyền tải tồn mạng Chúng tơi thiết kế mô để chứng minh lý thuyết hiệu 6.2 Công việc tương lai Công việc tương lai chúng tơi cố gắng hồn thiện thêm chế switch, chế cịn phức tạp Ngồi ra, chúng tơi triển khai chế mạng thực ví PlanetLab chứng minh hiệu chế môi trường mạng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dapeng Wu, Student Member, Yiwei Thomas Hou, Wenwu Zhu, Ya-Qin Zhang, Fel low, Jon M Peha, Senior Member, “Streaming Video over the Internet: Approaches and Directions”, IEEE transactions on circuits and system for video technology, vol.11, no.1, february 2001 [2] Feng Wang, Yongqiang Xiong, and Jiangchuan Liu” mTreebone: A Collaborative Tree-Mesh Overlay Network for Multicast Video Streaming”, IEEE transaction on parallel and distributed system, vol.21, no.3, march 2010 [3] Nazanin Magharei, Reza Rejaie University of Oregon “PRIME: Peer-to-Peer Receiver-drIven MEsh-based Streaming” [4] J Jannotti, D Gifford, K Johnson, M Kaashoek, and J O ’Toole Jr.,“ Overcast: Reliable multicasting with an overlay network, ”in OSDI,2000 [5] S Deering and D Cheriton, “ Multicast Routing in Datagram Internet- Works and Extended LANs”, ACM Trans Computer Systems, vol 8, no 2, pp 85110, May 1990 [6] J Jannotti, D Gifford, K Johnson, M Kaashoek, and J O ’Toole Jr.,“ Overcast: Reliable multicasting with an overlay network, ”in OSDI,2000 38 [7] M Castro, P Druschel, A.-M Kermarrec, and A Rowstron, “ SCRIBE: A large-scale and decentralized application-level multicast infrastructure ”, IEEE JSAC, 20(8), Oct 2002 [8] M Castro, P Druschel, A Kermarrec, A Nandi, A Rowstron, and A Singh,“ SplitStream: High-Bandwidth Multicast in Cooperative Environments, ”Proc ACM SOSP, pp 298313, Oct 2003 [9] V Venkataraman, K Yoshida, and P Francis,“Chunkyspread: Heterogeneous unstructured tree-based peer-to-peer multicast,”in Proc ICNP, 2006 [10] Nazanin Magharei and Reza Rejaie, “ PRIME: Peer-to-Peer ReceiverDriven Mesh-Based Streaming ”, IEEE/ACM Trans on Networking, vol 17, no 4, pp 1052-1065, August 2010 [11] V Pai, K Kumar, K Tamilmani, V Sambamurthy, and A E Mohr, “ Chainsaw: Eliminating Trees from Overlay Multicast ”, Proc IPTPS, pp 127140, Feb 2005 [12] N Magharei, R Rejaie, and Y Guo, “ Mesh or multiple-tree: A comparative study of P2P live streaming services ”in INFOCOM, 2007 [13] V Venkataraman, P Francis, and J Calandrino, “ Chunkyspread: Heterogeneous Unstructured Tree-Based Peer-to-Peer Multicast ”, Proc IEEE ICNP, pp 211, Nov 2006 [14] J G Apostolopoulos and S J Wee, Unbalanced multiple description video communication using path diversity, In IEEE International Conference on Image Processing, Oct 2001 39 ... Xuân Vinh TỐI ƯU HÓA CÂY TRUYỀN MULTICAST TRONG GIẢI THUẬT TRUYỀN DỮ LIỆU VIDEO STREAMING TRÊN MẠNG NGANG HÀNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán hướng dẫn:... thức truyền dòng thời gian thực (RTSP) Cơ chế đồng video streaming Đồng video streaming việc bảo trì mối quan hệ luồng liệu với số luồng truyền thơng khác Có ba mức đồng gọi đồng luồng, đồng... thuật streaming video đem lại, hồn tồn triển khai kỹ thuật thực tế Hình 1.1: Quy trình Video Streaming Hình thể cấu trúc quy trình chế video streaming Ban đầu liệu thô nén lại thông qua nén liệu,