Architectures for streaming in P2P and cloud scenarios with SDN-managed QoS cost functions

Trajkovska, Irena (2017). Architectures for streaming in P2P and cloud scenarios with SDN-managed QoS cost functions. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47165.

Descripción

Título: Architectures for streaming in P2P and cloud scenarios with SDN-managed QoS cost functions
Autor/es:
  • Trajkovska, Irena
Director/es:
  • Salvachúa Rodríguez, Joaquín
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 17 Julio 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Departamento: Ingeniería de Sistemas Telemáticos [hasta 2014]
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

In over three decades timeline the peer-to-peer technology was a foundation for numerous advancements in the domain of file sharing, video on-demand and real-time communication services. Among them, providing live streaming video over P2P networks was one of the most proactive and challenging services. Despite becoming a replacement of the costly client-server models from the past, it required reliable modular operation in order to make a holistic working service. Major issue in this approach is maintaining a robust overlay topology under dynamic network quality conditions and in the presence of peer churn. The user behavior furthermore has been a subject of many incentive mechanisms to encourage altruism vs. free-riding and mitigate malicious users. Finally, ensuring sensible QoS in live video delivery is a recurring topic to date. The cloud computing milestone had a dominant influence in the design of new applications and services. It grew into de facto technology for value-added services, due to its enhanced business strategy bound to on-demand lease of elastic virtual resources with attractive pay-per-use policies. The cloud providers have moreover enabled flexible provisioning of robust and scalable services. This thesis offers several contributions in terms of architecture, algorithms and technical solutions that have as objective enhancing the classical P2P streaming solutions with novel elements for achieving quality of service-based tiered business model, complemented with incentives based on discount to achieve improved system welfare. The set of contributions uses the converged P2P and cloud technologies to offer enhanced features and services. First of all we created a hybrid architecture for live streaming to address some of the common problems in P2P streaming - scalability, incentives and QoS. To assess the advantages and the feasibility of the proposal, we emulated realistic use-case scenarios in a mixed cloud-P2P environment. We elaborated later a discount incentive model bound to the streaming service that offers a monetary remuneration to motivate increased cooperation. The analytical study of the incentives pointed out the benefits in the streaming service to users' welfare and the provider's profit. The second phase onboarded the SDN technology in the scope of contributions, driven by its attribute of full network manageability governed by a central control entity. The seamless control of network segments that were previously out of range for the service developers, catalyzed major opportunities in SDN. Founded on the QoS control primitives from the OpenFlow specification, a proof of concept service for SDN-based QoS adjustment is presented and APIs are offered to service developers in order to trigger external quality assessment for real-time video services. Finally a service function chain algorithm and proof of concept is delivered as value-added service contribution in the context of video quality adjustment using network function virtualization. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- En más de tres décadas, la tecnología peer-to-peer fue una base para numerosos avances en el dominio del uso compartido de archivos, video bajo demanda y servicios de comunicación en tiempo real. Entre ellos, la transmisión de video en vivo a través de redes P2P fue uno de los servicios más proactivos y desafiantes. A pesar de convertirse en un sustituto de los costosos modelos cliente-servidor del pasado, se requiere una operación modular fiable con el fin de hacer un servicio integral. El principal problema en este enfoque es el mantenimiento de una topología de superposición robusta bajo condiciones dinámicas de calidad de red y en presencia de "churn" de pares. El comportamiento del usuario, además, ha sido objeto de muchos mecanismos de incentivo para fomentar el altruismo frente a los "free-riders" y mitigar a los usuarios malintencionados. Por último, asegurar QoS sensible en la entrega de video en vivo es un tema recurrente hasta la fecha. El hito de la computación en la nube tuvo una influencia dominante en el diseño de nuevas aplicaciones y servicios. Se convirtió en tecnología de facto para los servicios de valor añadido, debido a su estrategia de negocio mejorada vinculada al alquiler bajo demanda de recursos virtuales elásticos con políticas atractivas de pago por uso. Los proveedores de la nube han permitido, además, el aprovisionamiento flexible de servicios robustos y escalables. Esta tesis ofrece varias contribuciones en términos de arquitectura, algoritmos y soluciones técnicas que tienen como objetivo mejorar las clásicas soluciones de streaming P2P con elementos novedosos para lograr un modelo de negocio basado en la calidad de servicio, complementado con incentivos basados en descuento para mejorar el bienestar del sistema. El conjunto de contribuciones utiliza las tecnologías convergentes P2P y cloud para ofrecer características y servicios mejorados. En primer lugar, hemos creado una arquitectura híbrida para la transmisión en vivo y así abordar algunos de los problemas comunes en la transmisión en tiempo real P2P: escalabilidad, incentivos y QoS. Para evaluar las ventajas y la viabilidad de la propuesta, emulamos escenarios realistas de casos de uso en un ambiente mixto de cloud-P2P. Más tarde elaboramos un modelo de incentivo de descuento vinculado al servicio de streaming que ofrece una remuneración monetaria para motivar una mayor cooperación. El estudio analítico de los incentivos destacó los beneficios en el servicio de streaming para el bienestar de los usuarios y los beneficios del proveedor. La segunda fase de investigación incluyó la tecnología SDN en el ámbito de las contribuciones, impulsadas por su atributo de gestión de red completa gobernada por una entidad de control central. El control robusto y continuo de los segmentos de red que antes estaban fuera de rango para los desarrolladores de servicios, dio lugar a grandes oportunidades de nuevos desarrollos basados en SDN. Fundada en las primitivas de control QoS de la especificación OpenFlow, se presenta un servicio de prueba de concepto para ajuste de QoS basado en SDN y se ofrecen APIs a los desarrolladores de servicios para activar la evaluación de calidad externa para servicios de video en tiempo real. Finalmente, un algoritmo de cadena de funciones de servicio y una prueba de concepto se entrega como contribución de servicio de valor añadido, en el contexto del ajuste de calidad de vídeo mediante la virtualización de funciones de red.

Más información

ID de Registro: 47165
Identificador DC: http://oa.upm.es/47165/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47165
Identificador DOI: 10.20868/UPM.thesis.47165
Depositado por: Irena Trajkovska
Depositado el: 18 Sep 2017 06:55
Ultima Modificación: 18 Mar 2018 23:30
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