Post on 18-Apr-2015
Seminário LAND Seminário LAND
A Preferential Attachment Model for Tree
Construction in P2P Video Streaming
Marcio N. Miranda - Daniel R. Figueiredo
Submetido ao First IEEE International Workshop on Network Science for
Communication Networks – Infocom 09
Roteiro Roteiro
• Motivação
• O Modelo
• Métricas
• Resultados / Discussão
• Conclusões / Trabalho Atual
MotivaçãoMotivação
• Objetivo: Disseminação de vídeo na Internet
• Características: Centenas ou milhares de usuários
=> Necessidade de grande quantidade de recursos e
maior escalabilidade da arquitetura do sistema → P2P
• Abordagem possível (P2P) → árvore de distribuição de vídeo:
servidor – raiz usuários (peers) - nós internos
Motivação Motivação
Problema: construção da árvore de distribuição
árvores diferentes fornecem QoS diferentes aos usuários
falta de conhecimento da qualidade da árvore
mesmo que os peers fossem conhecidos a priori, organizá-los na melhor árvore é uma tarefa difícil devido à falta de informações sobre banda e atrasos na conexão entre os peers
Motivação Motivação
• Duas características fundamentais para a qualidade do vídeo:
grau do nó: número de fluxos de vídeo que estão sendo fornecidos pelo nó – banda limitada
distância do nó ao servidor: número de hops entre o nó e o servidor – atrasos e perdas
Obs: um mecanismo eficiente de construção da
árvore de distribuição de vídeo deve considerar
essas duas características
Motivação Motivação
• Objetivos do trabalho:
geração da árvore de distribuição utilizando um mecanismo de construção aleatório e simples
processo de crescimento baseado no grau do nó e na distância do mesmo ao servidor
analisar as propriedades topológicas e a qualidade das árvores geradas através de simulações
O ModeloO Modelo
Suposições:
• Sistema de distribuição de vídeo composto por um servidor e dezenas de milhares de peers homogêneos
• Servidor é responsável pela geração ou armazenamento do vídeo
• Novos usuários (peers) que chegam ao sistema podem receber o fluxo de vídeo do servidor ou de um (apenas um) outro usuário da árvore
O ModeloO Modelo
• Peers recebem e fornecem serviço para outros peers através do repasse do fluxo de vídeo
• Não existem usuários egoístas (peer sempre repassa o vídeo, caso seja escolhido)
• Peers nunca deixam o sistema e nem trocam de posição dentro da árvore (posição determinada no momento da chegada)
O ModeloO Modelo
O ModeloO Modelo
Modelo de Construção:
• Baseado no princípio de preferential attachment
• Preferência de conexão dada aos nós com maior utilidade (medida de qualidade do vídeo servido)
• função de utilidade com um parâmetro (α) que controla o peso dado ao grau do nó e à distância do nó ao servidor
O ModeloO Modelo
Intuição:
• qualidade do vídeo fornecido é inversamente proporcional ao grau do nó (banda finita)
• qualidade do vídeo também é inversamente proporcional à distância do nó ao servidor (atrasos e perdas maiores para distâncias maiores)
=> qualidade do vídeo determinada por uma combinação
das duas características
O ModeloO Modelo
Função de Utilidade:
• usada para determinar o “nó pai” do novo usuário
• α controla a importância relativa do grau do nó e de sua distância ao servidor
• α influencia a estrutura da árvore gerada
O ModeloO Modelo
Probabilidade de conexão ao nó v
• pv
varia com o número de nós na árvore
Métricas Métricas
Métricas para caracterizar as propriedades
topológicas da árvore gerada:
Distância máxima Distância média Grau máximo Grau médio Distribuição dos graus dos nós
MétricasMétricas
Métricas para avaliar a qualidade média da árvore gerada:
qv
→ qualidade do vídeo recebido pelo nó v
a qualidade do vídeo recebido depende do grau do pai!!!
MétricasMétricas
Parâmetro para análise da qualidade da árvore
gerada pelo modelo:
conjunto de árvores k-completas: árvores cujos nós possuem exatamente k filhos, com possível
exceção do penúltimo e do último níveis
intuitivamente são as árvores que proporcionariam a melhor qualidade devido ao balanceamento entre o grau e a distância através do parâmetro k.
obs: k = 1 → linha; k = |S| → estrela
MétricasMétricas
Árvore k-completa de melhor qualidade:
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Simulação:
inicia-se com o servidor adiciona-se peers sequencialmente, seguindo a regra de
preferential attachment para a utilidade, calcula-se a probabilidade de cada nó e “sorteia-se um nó” para anexação
uma vez anexado o novo peer, recalcula-se as probabilidades para todos os nós
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Simulação:
simulação pára quando n = 60.000 nós
para cada α executa-se a simulação 20 vezes e calcula-se a média
interesse está na análise do comportamento do modelo generativo em função do parâmetro α
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Resultados:
Grau do Servidor e Grau máximo da árvore vs α
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Comentários: (Grau do Servidor e Máximo vs α)
ambas as curvas decaem monotonicamente com α
a variação em função de α não é significativa!!!
para α = 0 a árvore não deveria tender para uma estrela?
a probabilidade de um nó específico decresce com n
não existe um nó específico que atraia os que chegam, forma que a topologia da árvore seja estrela
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Resultados:
Complementary Cumulative Distribution Function (CCDF) para diferentes valores de α
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Comentários: (CCDF para diferentes valores de α)
a cauda da distribuição aumenta quando α diminui
para valores de α maiores que 0.5 a distribuição dos nós cai abruptamente
em qualquer dos casos (α perto de 1 ou perto de 0) a a cauda da distribuição não parece seguir uma lei de potência!!
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Resultados:
Distâncias média e máxima vs α
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Comentários: (Distâncias média e máxima vs α)
Ambas as curvas crescem com α, como esperado
Distâncias não são muito grandes!!! Mesmo a máxima!
Para α = 1 a árvore não deveria tender para uma linha?
mesmo argumento utilizado para os graus vale aqui: a probabilidade de um nó específico decresce com n
a probabilidade de uma folha ser sempre escolhida é muito pequena!
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Resultados:
Qualidade da árvore vs α
Resultados / DiscussãoResultados / Discussão
Comentários: (Qualidade das árvores geradas e k-completas vs α)
comparação com a árvore k-completa de melhor qualidade
para inúmeros valores de alfa a qualidade da árvore gerada é similar ou até melhor do que a da árvore k-completa!!!
nos extremos (alfa = 0 ou alfa = 1) a qualidade da árvore k-completa é bem superior
a forma de geração da árvore do modelo explica este resultado: o modelo não gera árvores degeneradas
Conclusões e Trabalho AtualConclusões e Trabalho Atual
• ao contrário do modelo clássico de PA, o modelo proposto leva a uma “auto-organização” dos nós na árvore, sem permitir a formação de estruturas topológicas degeneradas
• a qualidade das árvores geradas pelo modelo é surpreendentemente boa, comparada com a k-completa
• isso se deve ao mecanismo de auto-organização, consequência da natureza probabilística da anexação dos nós
• a construção de uma árvore k-completa, além de ser mais complexa, leva a estruturas rígidas, ao contrário do modelo proposto
Conclusões e Trabalho AtualConclusões e Trabalho Atual
Trabalhos em andamento: