Υποστήριξη διανομής δεδομένων σε σύγχρονα ασύρματα και ενσύρματα δίκτυα
Authors: Βασιλάκης Κωνσταντίνος 
Published: August 2021

Η παρούσα διατριβή εστιάζει σε μία από τις πιο απαιτητικές υπηρεσίες μέσων συνεχούς ροής, την διάθεση ζωντανού βίντεο, σε συνάρτηση με την υιοθέτηση του μοντέλου διανομής του ομότιμου δικτύου. Σύμφωνα με το μοντέλο του ομότιμου δικτύου χτίζεται ένα υπερκείμενο δίκτυο (overlay) μεταξύ των συμμετεχόντων κόμβων πάνω από την υποκείμενη (underlay) παρεχόμενη δικτυακή υποδομή του διαδικτύου. Αυτή η προσέγγιση παρέχει εξαιρετικά ελκυστικά χαρακτηριστικά όπως τη μεγάλη διαθεσιμότητα πόρων, τη δυνατότητα φθηνής υλοποίησης μιας υπηρεσίας, καθώς και τη δυνατότητα λήψης του περιεχομένου μέσα από μια σειρά από δυνατές εναλλακτικές δρομολογήσεις στο υποκείμενο δίκτυο. Κύριο αρνητικό χαρακτηριστικό και ικανό να υποσκελίσει την πληθώρα των θετικών αποτελεί το ότι η διαθεσιμότητα των κόμβων του δεν είναι δεδομένη αφού ο κάθε κόμβος συμμετέχει και παρέχει τους πόρους του στο δίκτυο για απροσδιόριστο χρόνο που υποβάλλεται από την επιθυμία του χρήστη του κόμβου αυτού. Αποδεικνύουμε ότι εμπλεκόμενες πολιτικές που θεωρούνταν ως τώρα δεδομένες ως προς την λειτουργία τους δύνανται να μειώσουν σημαντικά την πλεονεκτική απόδοση που θεωρητικά μπορεί να μας δώσει το νέο αυτό μοντέλο εάν δεν σχεδιαστούν κατάλληλα ώστε να λάβουν υπόψιν τους τα εγγενή χαρακτηριστικά του νέου μοντέλου διάθεσης. Συγκεκριμένα εξετάζουμε την επίδραση που έχει η υιοθετημένη πολιτική αναπαραγωγής (playout policy) της λαμβανόμενης ροής βίντεο σε κάθε πελάτη της υπηρεσίας, στην απόδοση του συστήματος διανομής. Ως συνέπεια, επιχειρηματολογούμε υπέρ του να διατηρούνται τα σημεία αναπαραγωγής των διαφορετικών κόμβων χρονικά κοντά, ακόμα και αν αυτό σημαίνει το να θυσιάζονται κάποια πλαίσια που έχουν χάσει τις χρονικές τους προθεσμίες και που διαφορετικά θα μπορούσαν να αναπαραχθούν στον πελάτη στη περίπτωση που δεν υπάρχουν ισχυρές απαιτήσεις ως προς την διαδραστικότητα. Μια τέτοια προσέγγιση συγχρονισμένων πολιτικών αναπαραγωγής δημιουργεί θετική συσχέτιση όσον αφορά τα διαθέσιμα πλαίσια στις προσωρινές μνήμες αναπαραγωγής διαφορετικών κόμβων. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται ο αριθμός αυτών των κόμβων απ’ όπου κάποιος άλλος κόμβος μπορεί να λάβει πλαίσια (σε συνέχεια αυτών που ήδη έχει στην προσωρινή μνήμη αναπαραγωγής του) και έτσι η ποιότητα αναπαραγωγής αυξάνεται δραματικά ανεξάρτητα από τον τρόπο οργάνωσης του υπερκείμενου δικτύου που υλοποιεί το σύστημα διανομής. Η εγγενής αστάθεια του περιβάλλοντος διανομής δεν ευνοεί την διανομή ζωντανού βίντεο. Ωστόσο υποστηρίζουμε και αποδεικνύουμε ότι όχι μόνο είναι δυνατό να βελτιώσουμε την σταθερότητα των συνδέσεων αλλά και να μειώσουμε το ίδιο το φαινόμενο της αποχώρησης των χρηστών λαμβάνοντας υπόψιν την έντονη συσχέτιση μεταξύ της παρεχόμενης ποιότητας υπηρεσίας και της αποχώρησης των κόμβων. Εισάγουμε ένα νέο μοντέλο αποχώρησης κόμβων όπου συσχετίζεται η πιθανότητα αποχώρησης ενός κόμβου με την ποιότητα υπηρεσίας που έχει βιώσει ο χρήστης του κόμβου αυτού. Η πιθανοτική κατανομή που προκύπτει και διέπει τους χρόνους ζωής των κόμβων στο σύστημα έρχεται σε συμφωνία με μετρήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί σε εν λειτουργία συστήματα διανομής. Σε αυτό το πλαίσιο προτείνουμε πολιτικές που μειώνουν την αστάθεια ενώ ταυτόχρονα ευνοούν την ποιοτική παροχή της υπηρεσίας σε δυναμικές συνθήκες τόσο αστάθειας των κόμβων του δικτύου αλλά και των δικτυακών συνδέσεων. Η θεώρηση μας διαφοροποιείται ως προς το ότι λαμβάνοντας υπόψιν τις ιδιαίτερες απαιτήσεις της υπηρεσίας διανομής ζωντανού βίντεο θεωρούμε μικρές χρονικές κλίμακες σε αντίθεση με τις μεγάλες χρονικές κλίμακες που θεωρούνται σε υπηρεσίες διαμοιρασμού αρχείων, στοχεύοντας τόσο να βελτιστοποιήσουμε την αποδοτικότητα της σύνδεσης των κόμβων αλλά και την ευστάθεια αυτής.