Modeling and Evaluation of Multisource Streaming Strategies in P2P VoD Systems

In recent years, multimedia content distribution has largely been moved to the Internet, inducing broadcasters, operators and service providers to upgrade with large expenses their infrastructures. In this context, streaming solutions that rely on user devices such as set-top boxes (STBs) to offload dedicated streaming servers are particularly appropriate. In these systems, contents are usually replicated and scattered over the network established by STBs placed at users' home, and the video-on-demand (VoD) service is provisioned through streaming sessions established among neighboring STBs following a Peer-to-Peer fashion. Up to now the majority of research works have focused on the design and optimization of content replicas mechanisms to minimize server costs. The optimization of replicas mechanisms has been typically performed either considering very crude system performance indicators or analyzing asymptotic behavior. In this work, instead, we propose an analytical model that complements previous works providing fairly accurate predictions of system performance (i.e., blocking probability). Our model turns out to be a highly scalable, flexible, and extensible tool that may be helpful both for designers and developers to efficiently predict the effect of system design choices in large scale STB-VoD system

Video-on-Demand over Internet: a survey of existing systems and solutions

Video-on-Demand is a service where movies are delivered to distributed users with low delay and free interactivity. The traditional client/server architecture experiences scalability issues to provide video streaming services, so there have been many proposals of systems, mostly based on a peer-to-peer or on a hybrid server/peer-to-peer solution, to solve this issue. This work presents a survey of the currently existing or proposed systems and solutions, based upon a subset of representative systems, and defines selection criteria allowing to classify these systems. These criteria are based on common questions such as, for example, is it video-on-demand or live streaming, is the architecture based on content delivery network, peer-to-peer or both, is the delivery overlay tree-based or mesh-based, is the system push-based or pull-based, single-stream or multi-streams, does it use data coding, and how do the clients choose their peers. Representative systems are briefly described to give a summarized overview of the proposed solutions, and four ones are analyzed in details. Finally, it is attempted to evaluate the most promising solutions for future experiments. Résumé La vidéo à la demande est un service où des films sont fournis à distance aux utilisateurs avec u

Strategies of collaboration in multi-channel P2P VoD streaming

As compared to live peer-to-peer (P2P) streaming, modern P2P video-on-demand (VoD) systems have brought much larger volumes of videos and more interactive controls to the Internet users. Nevertheless, the larger number of available videos and the flexibility of allowing users to jump back and forth in a video, have led to much fewer numbers of concurrent peers watching at a similar pace, that reduces the chance for collaborative chunk supply among peers and thus significantly increases the server bandwidth cost [1]. Towards the ultimate goal of maximizing peer resource utilization, in this paper, we design effective strategies for both cross-channel and intra-channel collaborations in multi-channel P2P VoD systems, such that individual peer's resources, including download/upload bandwidths and the cache capacity, are effectively utilized to maximize the streaming qualities in all the channels. In particular, each peer actively and strategically determines the supply-and-demand imbalance in different channels, as well as that among different chunks within each video, makes use of its surplus download capacity to fetch chunks with the most need, and then serves those chunks using its idle upload bandwidth, all without impairing its own streaming quality. Our extensive trace-driven simulations show the effectiveness of our strategies in reducing the server cost while guaranteeing high streaming qualities in the entire system, even during extreme scenarios such as unexpected flash crowds. ©2010 IEEE.published_or_final_versionThe IEEE Conference and Exhibition on Global Telecommunications (GLOBECOM 2010), Miami, FL., 6-10 December 2010. In Proceedings of GLOBECOM, 2010, p. 1-

AngelCast: cloud-based peer-assisted live streaming using optimized multi-tree construction

Increasingly, commercial content providers (CPs) offer streaming solutions using peer-to-peer (P2P) architectures, which promises significant scalabil- ity by leveraging clients’ upstream capacity. A major limitation of P2P live streaming is that playout rates are constrained by clients’ upstream capac- ities – typically much lower than downstream capacities – which limit the quality of the delivered stream. To leverage P2P architectures without sacri- ficing quality, CPs must commit additional resources to complement clients’ resources. In this work, we propose a cloud-based service AngelCast that enables CPs to complement P2P streaming. By subscribing to AngelCast, a CP is able to deploy extra resources (angel), on-demand from the cloud, to maintain a desirable stream quality. Angels do not download the whole stream, nor are they in possession of it. Rather, angels only relay the minimal fraction of the stream necessary to achieve the desired quality. We provide a lower bound on the minimum angel capacity needed to maintain a desired client bit-rate, and develop a fluid model construction to achieve it. Realizing the limitations of the fluid model construction, we design a practical multi- tree construction that captures the spirit of the optimal construction, and avoids its limitations. We present a prototype implementation of AngelCast, along with experimental results confirming the feasibility of our service.Supported in part by NSF awards #0720604, #0735974, #0820138, #0952145, #1012798 #1012798 #1430145 #1414119. (0720604 - NSF; 0735974 - NSF; 0820138 - NSF; 0952145 - NSF; 1012798 - NSF; 1430145 - NSF; 1414119 - NSF

System analysis of a Peer-to-Peer Video-on-Demand architecture : Kangaroo

Architectural design and deployment of Peer-to-Peer Video-on-Demand (P2PVoD) systems which support VCR functionalities is attracting the interest of an increasing number of research groups within the scientific community; especially due to the intrinsic characteristics of such systems and the benefits that peers could provide at reducing the server load. This work focuses on the performance analysis of a P2P-VoD system considering user behaviors obtained from real traces together with other synthetic user patterns. The experiments performed show that it is feasible to achieve a performance close to the best possible. Future work will consider monitoring the physical characteristics of the network in order to improve the design of different aspects of a VoD system.El disseny arquitectònic i el desplegament de sistemes de Vídeo sota Demanda "Peer-to-Peer" que soporten funcionalitats VCR està captant l'interès d'un nombre creixent de grups de recerca a la comunitat científica, degut especialment a les característiques intrínsiques dels mencionats sistemes i als beneficis que els peers podrien proporcionar a la reducció de la càrrega en el servidor. Aquest treball tracta l'anàlisi del rendiment d'un sistema P2P-VoD considerant el comportament d'usuaris obtingut amb traçes reals i amb patrons sintètics. Els experiments realitzats mostren que és viable assolir un rendiment proper al cas més óptim. Com treball futur es considerarà la monitorització de les característiques físiques de la xarxa per a poder millorar el disseny dels diferents aspectes que formen un sistema de VoD.El diseño arquitectónico y el despliegue de sistemas de Video bajo Demanda "Peer-to-Peer" que soportan funcionalidades VCR está captando el interés de un número creciente de grupos de investigación dentro de la comunidad científica; especialmente debido a las características intrínsecas de tales sistemas y a los beneficios que los peers podrían proporcionar en la reducción de la carga en el servidor. Este trabajo se enfoca en el análisis de rendimiento de un sistema P2PVoD considerando el comportamiento de usuarios obtenido de trazas reales, junto a otros patrones sintéticos. Los experimentos realizados muestran que es viable lograr un rendimiento cercano al caso más óptimo. El trabajo futuro considerará la monitorización de las características físicas de la red para poder mejorar el diseño de los diferentes aspectos que conforman un sistema de VoD

Ontwerp en evaluatie van content distributie netwerken voor multimediale streaming diensten.

Traditionele Internetgebaseerde diensten voor het verspreiden van bestanden, zoals Web browsen en het versturen van e-mails, worden aangeboden via één centrale server. Meer recente netwerkdiensten zoals interactieve digitale televisie of video-op-aanvraag vereisen echter hoge kwaliteitsgaranties (QoS), zoals een lage en constante netwerkvertraging, en verbruiken een aanzienlijke hoeveelheid bandbreedte op het netwerk. Architecturen met één centrale server kunnen deze garanties moeilijk bieden en voldoen daarom niet meer aan de hoge eisen van de volgende generatie multimediatoepassingen. In dit onderzoek worden daarom nieuwe netwerkarchitecturen bestudeerd, die een dergelijke dienstkwaliteit kunnen ondersteunen. Zowel peer-to-peer mechanismes, zoals bij het uitwisselen van muziekbestanden tussen eindgebruikers, als servergebaseerde oplossingen, zoals gedistribueerde caches en content distributie netwerken (CDN's), komen aan bod. Afhankelijk van de bestudeerde dienst en de gebruikte netwerktechnologieën en -architectuur, worden gecentraliseerde algoritmen voor netwerkontwerp voorgesteld. Deze algoritmen optimaliseren de plaatsing van de servers of netwerkcaches en bepalen de nodige capaciteit van de servers en netwerklinks. De dynamische plaatsing van de aangeboden bestanden in de verschillende netwerkelementen wordt aangepast aan de heersende staat van het netwerk en aan de variërende aanvraagpatronen van de eindgebruikers. Serverselectie, herroutering van aanvragen en het verspreiden van de belasting over het hele netwerk komen hierbij ook aan bod

Supporting Non-Linear and Non-Continuous Media Access in Peer-to-Peer Multimedia Systems

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Diseño centrado en calidad para la difusión Peer-to-Peer de video en vivo

El uso de redes Peer-to-Peer (P2P) es una forma escalable para ofrecer servicios de video sobre Internet. Este documento hace foco en la definición, desarrollo y evaluación de una arquitectura P2P para distribuir video en vivo. El diseño global de la red es guiado por la calidad de experiencia (Quality of Experience - QoE), cuyo principal componente en este caso es la calidad del video percibida por los usuarios finales, en lugar del tradicional diseño basado en la calidad de servicio (Quality of Service - QoE) de la mayoría de los sistemas. Para medir la calidad percibida del video, en tiempo real y automáticamente, extendimos la recientemente propuesta metodología Pseudo-Subjective Quality Assessment (PSQA). Dos grandes líneas de investigación son desarrolladas. Primero, proponemos una técnica de distribución de video desde múltiples fuentes con las características de poder ser optimizada para maximizar la calidad percibida en contextos de muchas fallas y de poseer muy baja señalización (a diferencia de los sistemas existentes). Desarrollamos una metodología, basada en PSQA, que nos permite un control fino sobre la forma en que la señal de video es dividida en partes y la cantidad de redundancia agregada, como una función de la dinámica de los usuarios de la red. De esta forma es posible mejorar la robustez del sistema tanto como sea deseado, contemplando el límite de capacidad en la comunicación. En segundo lugar, presentamos un mecanismo estructurado para controlar la topología de la red. La selección de que usuarios servirán a que otros es importante para la robustez de la red, especialmente cuando los usuarios son heterogéneos en sus capacidades y en sus tiempos de conexión.Nuestro diseño maximiza la calidad global esperada (evaluada usando PSQA), seleccionado una topología que mejora la robustez del sistema. Además estudiamos como extender la red con dos servicios complementarios: el video bajo demanda (Video on Demand - VoD) y el servicio MyTV. El desafío en estos servicios es como realizar búsquedas eficientes sobre la librería de videos, dado al alto dinamismo del contenido. Presentamos una estrategia de "caching" para las búsquedas en estos servicios, que maximiza el número total de respuestas correctas a las consultas, considerando una dinámica particular en los contenidos y restricciones de ancho de banda. Nuestro diseño global considera escenarios reales, donde los casos de prueba y los parámetros de configuración surgen de datos reales de un servicio de referencia en producción. Nuestro prototipo es completamente funcional, de uso gratuito, y basado en tecnologías bien probadas de código abierto