Giả sử rằng chi phí cho việc chuyển dữ liệu giữa 2 điểm bất kì đã biết.
Khi kết nối vào mạng, mỗi peer X sẽ kết nối với một tracker [11],[28] để lấy địa chỉ của các máy( phân thành 2 lớp như trên) nó sẽ kết nối đến, bao gồm những peer sẽ truyền dữ liệu tới X ( tập E), và tập những peer mà X sẽ gửi dữ liệu tới( tập F). Lớp peer thứ nhất chọn những peer gần X( cùng ISP) với mục đích giá thành vận chuyển dữ liệu giữa chúng là nhỏ nhất có thể.
Lớp thứ 2 chọn ngẫu nhiên, không phân biệt giá cả.
Số lượng tối đa của các peer nằm trong 2 lớp của tập E được giới hạn không vượt quá giá trị do, max. Giá trị dmax này tỉ lệ thuận với băng thông tải dữ liệu lên mạng ( upload bandwidth). Số lượng tối đa của lớp F tỉ lệ thuận với tốc độ của nguồn phát di, max(nếu nguồn phát có tốc độ thay đổi theo thời gian thì đây là tốc độ trung bình). Mục đích của việc này mỗi peer có một lượng kết nối phù hợp, không quá lớn so với khả năng phục vụ của nó.
Cả 2 lớp peer 1 và 2 đều được chọn ngẫu nhiên, vì vậy trong mỗi lần truy vấn có thể trả về các giá trị khác nhau. Peer X sẽ chia số kết nối của nó ra làm 2 nửa, một nửa dành cho các peer trong lớp 1, một nửa cho các peer trong lớp 2. Sau sau pha bắt tay, hai peer xem quyết định xem có nên thiết lập kết nối hay không ? Sau đó peer X sẽ định kì hỏi các peer trong những danh sách nó nhận để xác định có thể kết nối được không? Nếu nó phát hiện ra kết nối nào đó có giá nhỏ hơn kết nối hiện tại, sẽ thay thế kết nối đó.
Đối với các yêu cầu kết nối từ các peer mới đăng nhập vào mạng, các peer sẽ luôn chấp nhận kết nối này để giảm thời gian chở cho người sử dụng ( thời gian từ lúc xem yêu cầu dịch vụ đến lúc xem được). Điều này có thể gây ra sự mất tối ưu về giá nhưng sau đó các peer có thể thay thế bằng các đường kết nối có giá nhỏ hơn.
Số lượng các kết nối đến peer nằm trong lớp 2 thay đổi động. Mỗi peer đều cố gắng giảm nhỏ nhất số kết nối đến lớp 2, tuy nhiên cũng sẵn sàng nhanh chóng thiết lập
các kết nối đến lớp 2 khi thấy kết nối của các peer lớp 1 không đủ đáp ứng chất lượng dịch vụ. Các peer điều chỉnh số kết nối đến lớp 2 dựa trên thông tin trên bộ đệm. Người ta tiến hành khảo sát thuật toán này trên công cụ giả lập Emulator Modelnet và thực nghiệm trên Planetlab.
A. Kết quả tiến hành trên Modelnet
Với Modelnet, người ta sử dụng 10 máy, mỗi máy có 4 lõi 2.0GHz. Trên 10 máy đó thiết lập 320 peer và theo các ISP được bố trí như hình 3.8
Hình 3.8: Các cách kết nối các miền ISP
Mô hình phía trên, bên trái của hình3.9, kí hiệu vắn tắt là 2+2, mô hình bên phải phía trên kí hiệu là n-clique, mô hình phía dưới kí hiệu là 6+6.
Các máy trong mạng được khảo sát ở 3 trường hợp :
9 Tất cả các máy có băng thông gửi dữ liệu đi (uplink capacity) đồng nhất 1Mbps
9 Các máy có băng thông gửi dữ liệu đi nhanh (1.5Mbps) hoặc chậm ( 500kps) Sao cho băng thông trung bình là 1Mbps.
9 Các máy chia làm 4 lớp: 128, 384, 1000 và 4000kps. Sự phân bố này dựa trên sự khảo sát mạng thực tế. Băng thông trung bình của toàn mạng là 1Mps.
Trong mô hình 2+2, có 4 ISP, chia thành 2 nhóm A và B. Các ISP trong mỗi nhóm có đường kết nối với nhau (peering link), không cần thông qua một ISP khác vận chuyển dữ liệu. Tuy nhiên bất kì dữ liệu nào giữa 2 nhóm phải định tuến qua mạng
xương sống (common backbone). Khi sử dụng mô hình mạng này, các máy được chia đều vào các ISP.
Mô hình 6+6 hướng tới đánh giá kết nối giữa các ISP của hai đất nước. Mỗi nước có 6 ISP với độ lớn khác nhau, và đều có đường kết nối trực tiếp đến nhau( peering link). Mô hình n-clique gồm n ISP với độ lớn bằng nhau. Tóm tắt sự phân bố băng thông (upload) của các mô hình như bảng 3.1.
Bảng 3.1 Các kịch bản ISP
STT Mô hình Trong nhóm Trong ISP Tốc độ upload[kbps] ISP A1, B1 ISP A2, B2
1 Cân bằng Bằng nhau 1000 1000
2
2 +2
Cân bằng Bằng nhau 128-4000 128-4000
3 Không cân bằng Bằng nhau 1500 500
4
2+2
Không cân bằng Không bằng nhau
1000-4000 128-384
Tất cả các ISP
5 6+6 Cân bằng Bằng nhau 1000
6 n- clique Cân bằng Bằng nhau 1000
Gọi c là giá kết nối giữa 2 nút bất kì. Chọn cl = 1 cho các kết nối trong cùng ISP, cp
=10 cho kết nối giữa các ISP cùng nhóm, cb = 100 cho các kết nối đi qua mạng backbone.
Sử dụng dòng bít phát video có tốc độ 640kbps. Nguồn có băng thông upload 1Mbps, bộ đệm chứa được dữ liệu nhận về trong 20s. Sau 10s không nhận được dữ liệu, nó phát tín hiệu ESS yêu cầu tăng thêm kết nối lớp 2. Mỗi thực nghiệm được đo đạc trong 15 phút, các peer đồng thời kết nối vào lớp overlay tại t =0.
Băng thông tải dữ liệu về máy của các peer là 10Mbps.
Trong trường hợp cân bằng băng thông, băng thông gửi dữ liệu đi trung bình của tất các peer là 1Mbps cho tất các ISP. Vì băng thông trung bình cao hơn tốc độ luồng bít (640kbps), nên dữ liệu có thể truyền trong các ISP mà không cần sự bổ sung các nguồn phát từ ISP khác.
Ngược lại, trong trường hợp băng thông không cân bằng, băng thông trung bình của các một số ISP có thể thấp hơn tốc độ nguồn phát. Do đó, các peer đặt ở các ISP này phải tải một phần dữ liệu từ ISP khác để duy trì tính liên tục khi xem video. Trong trường hợp không cân bằng này, có thể phân chia chi tiết hơn nữa là băng thông đồng nhất ( các peer có băng thông bằng nhau), và không đồng nhất ( các peer có băng thông không bằng nhau) giữa các peer trong mạng. Trong trường hợp không đồng nhất, trong mạng có những nút tải dữ liệu nhanh và nút tải dữ liệu chậm. Cứ 10s lại tiến hành đo đạc tổng giá của các đường kết nối lớp một của từng peer, sau đó tính giá trị trung bình của tất cả các peer. Giá trị này biểu thị cho giá của lớp overlay, và so sánh với giá trị tối ưu. [7]
Hình 3.9 biểu thị kết quả của các kịch bản khác nhau. Trong tất cả các trường hợp, lớp overlay luôn hội tụ về giá trị tối ưu trong thời gian vài phút.
Hình3.9: Giá trung bình của các kết nối lớp 1 trong các trường hợp tải khác nhau, kết nối ISP khác nhau
Thời gian ban đầu giá cao là do việc lựa chọn nhanh các peer bằng hình thức lựa chọn ngẫu nhiên. Tuy nhiên sau đó, giá đã giảm xuống do việc thay thế chúng bằng những đường kết nối có giá thấp hơn. Kịch bản có băng thông đồng nhất trong một miền ISP hội tụ nhanh hơn kịch bản tương tự trong trường hợp băng thông không đồng nhất. Tương tự, kịch bản cân bằng băng thông có tốc độ hội tụ nhanh hơn kịch bản khồn cân bằng. Nguyên nhân của việc này là do sự có mặt của các nút có băng thông thấp.
1. So sánh hoạt động mạng trong trường hợp không nhận biết ISP và có nhận biết ISP
Phần này so sánh tỉ lệ mất gói, độ trễ và lưu lượng trên mạng xương sống trong các trường hợp sau:
- Lớp 2 chỉ có một kết nối với miền ISP khác - Không hạn chế số lượng kết nối của lớp 2 - Không có cơ chế phân biệt các miền ISP.
Các kịch bản này được chạy với trường hợp băng thông đồng nhất. Trong mỗi trường hợp chờ cho lớp overlay ổn định trong vòng 5 phút và tiến hành các đo đạc. Kết quả như hình 3.10
Hình 3.10: Thành phần các loại lưu lượng trên mạng
Qua hình vẽ, ta thấy trong trường hợp không phân biệt ISP thì có khoảng 50% lượng dữ liệu đi qua mạng xương sống. Trong cấu trúc 6+6, lưu lượng giữa 2 miền ISP trong cùng nhóm tăng lên do sự có mặt của các miền ISP nhỏ. Bởi vì các máy chọn ngẫu nhiên peer, cho nên khi peer đó nằm trong miền ISP nhỏ, có ít máy, xác suất để chọn được peer nằm khác ISP rất cao, làm phát sinh nhiều lượng dữ liệu giữa các ISP trong cùng một nhóm.
Hình 3.11 cho thấy giảm đáng kể dữ liệu truyền trên mạng xương sống và dữ liệu giữa 2 miền ISP cùng nhóm.Hình 3.11 cũng chỉ ra rằng việc sử dụng nhiều kết nối động cho lớp overlay 2 hiệu quả hơn khi chỉ dùng một kết nối ở lớp 2.
Hinh 3.12 so sánh dữ liệu phát sinh giữa các miền ISP trong trường hợp cân bằng và không cân bằng tải.
Hình 3.12: Tốc độ phát dữ liệu trung bình ra các miền ISP
Xém xét độ trễ truyền, xây dựng kịch bản 2+2 ISP, và đo độ trễ truyền của tất cả dữ liệu trong 2 phút quan sát. Hình .... chỉ ra hàm phân phối xác suất theo độ trễ của các dữ liệu.
Hình 3.13: Hàm phân bố xác xuất độ trễ
Theo hình 3.13, độ trễ truyền của của hai phương pháp không nhận biết miền ISP và mô hình có một kết nối tới ISP khác đều không thay đổi qua 2 trường hợp tải. Trong trường không hạn chế số lượng kết nối đến các miền ISP khác (full), lượng trễ tăng lên đáng kể, đặc biệt là số các gói tin có thời gian trễ gần giá trị 10s.
2. Ảnh hưởng của số peer và số miền ISP
Phần này xem xét ảnh hưởng của số lượng peer tới lượng dữ liệu truyền ra ngoài ISP. Phần này sử dụng mô hình 6+ 6, trong đó có chứa cả ISP lớn và nhỏ. Hình 3.14a chỉ ra dữ liệu giữa các miền ISP trong một nhóm giảm đi khi kích thước lớp overlay tăng.
Hình 3.14a. Ảnh hưởng của kích thước lớp overlay
Thực tế, khi tăng số lượng các peer, tức là các miền ISP nhỏ sẽ có nhiều nút hơn. Điều này làm tăng khả năng kết nối trong mạng, và tăng lưu lượng trong một miền ISP, giảm lượng kết nối giữa hai miền ISP. Điều đó cho thấy, phương pháp này rất hiệu quả với những kênh thu hút được đông người sử dụng.
Để đánh giá khả năng hoạt động của thuật toán khi mở rộng mạng, cần xem xét trong trường hợp có nhiều ISP. Sử dụng mô hình n-clique, với bộ đệm có độ dài 30s nhận dữ liệu, và phân bố băng thông đồng nhất.
Hình 3.14b : Ảnh hưởng của số miền ISP
Hình 3.14b chỉ ra lượng dữ liệu trao đổi giữa các ISP. Nhận thấy, lượng dữ liệu này không tăng tỉ lệ thuận với n, hệ thống được cho là hoạt động tốt khi số ISP tăng lên.
3. Ảnh hưởng của kích thước bộ đệm và tốc độ dòng dữ liệu.
Phần này đánh giá ảnh hưởng của kích thước bộ đệm tới hoạt động của mạng.Trong phần này sử dụng mô hình 2+2 không cân bằng, và tiến hành đo lưu lượng dữ liệu trong một miền ISP và giữa các miền ISP cùng nhóm. Hình 3.15 chỉ ra kết quả
lượng dữ liệu trong miền ISP tăng lên khi kích thước bộ đệm tăng. Khi kích thước bộ đệm tăng thì làm cho tăng thời gian phát tín hiệu báo giữa bộ đệm, cho phép nhiều gói tin được truyền qua các peer lớp 1 của lớp overlay, thay vì nhanh chóng gọi đến các peer ở lớp 2.
Hình 3.15: Ảnh hưởng của kích thước bộ đệm đến lưu lượng trong/ngoài miền ISP
Hình 3.15 thể hiện việc chỉ lựa chọn được một trong hai mong muốn giữa thời gian trễ giảm hoặc giá giảm. Vì vậy, khi xem các ứng dụng mà thời gian trễ truyền quan trọng ( như các sự kiện thể thao trực tiếp) thì hệ thống áp dụng thời gian chờ nhỏ. Ngược lại, khi xem các kênh truyền hình phát lại hay các ứng dụng khác không đòi hỏi trực tiếp thì giá có thể hạ xuống bằng cách tăng kích thước bộ đệm. Chú ý rằng khi bộ đệm quá nhỏ, các peer sẽ hoàn toàn dùng lớp 2 cho các kết nối của mình.
4. Ảnh hưởng của hiện tượng xáo trộn mạng (churn)
Trong phần này xem xét khả năng hoạt động của thuật toán trong điều kiện xảy ra sự xáo trộn mạng do ngươi sử dụng kết nối/ ngắt kết nối (churn). Trong trường hợp này, thuật toán cần phải đảm bảo lớp peer thứ nhất cấu hình lại thật nhanh khi có sự thay đổi trạng thái kết nối. Hơn nữa, phải đảm bảo hiện tượng vào ra ngẫu nhiên của người sử dụng không nối liên tục không làm mất nhiều gói, dẫn tới việc dùng quá nhiều kết nối lớp 2, làm giảm độ tối ưu của hệ thống.
Để xem xét hiện tượng này, cứ sau 5 s, ngắt và khởi tạo kết nối cho một nút được chọn ngẫu nhiên. Sử dụng mô hình 2+2 không cân bằng để thấy rõ độ nhạy với hiện tượng churn của thuật toán. Hình vẽ 3.16 cho thấy lớp overlay trong trường hợp xáo trộn hội tụ về trạng thái có giá cao hơn một chút so với trường hợp tĩnh.
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hiện tượng churn
Sự khác biệt này rõ nét hơn trong trường hợp băng thông không đồng nhất. Khi đó các lớp overlay hội tụ chậm hơn, và sự ảnh hưởng của hiện tượng kết nối/ ngắt kết nối rõ nét hơn. Trong trường hợp không đồng nhất băng thông này, hiện tượng kết nối/ ngắt kết nối cũng làm tăng lưu lượng trên mạng xương sống ( backbone traffic).
B. Kết quả thu được khi thực nghiệm với Planetlab
Việc đo đạc trên Planetlab không cho phép sử dụng rất nhiều máy dễ dàng như khi thực hiện với phần mềm mô phỏng hay giả lâp ( simulator or emulator). Tuy nhiên những kết quả thu được trên hệ thống máy thật rất đang tin cậy.
Thực nghiệm vơis 160 máy, sử dụng mô hình 2+2 với trường hợp băng thông đồng nhất. Kết quả thu được như hình 3.17
Quan sát lưu lượng truyền giữa các miền ISP trong cùng nhóm và lưu lượng trên mạng xương sống, ta thấy kết quả thu được rất giống với kết quả giả lập dùng phần mềm Modelnet. Quan sát độ hội tụ của lớp overlay cũng thấy kết quả giống với phần trên. Chỉ có một sự khác biệt nhận thấy là tỉ lệ mất dữ liệu.
Kết quả đo đạc cho thấy độ mất gói lớn nhất quan sát với một lượng lớn peer nằm trong khoảng 1-3%, tức là không có peer nào có độ mất gói lớn.
3.5 Nhận xét.
Tuy còn nhiều hạn chế trong việc định tuyến, gây ra chi phí về giá do sự khác biệt về ISP. Xong với khả năng mở rộng mạng trên nền có sẵn, P2P vẫn là sự lựa chọn tốt để phát triển các dịch vụ luồng.
CHƯƠNG 4
ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ HỆ THỐNG IPTV P2P ĐÃ CÓ VÀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ KHẮC PHỤC CÁC NHƯỢC ĐIỂM HIỆN TẠI