Optimización de la estrategia de selección de piezas de video en redes P2P.

El tráfico debido a redes Peer-to-Peer (P2P) sobre la infraestructura de Internet es superior a la suma de las restantes aplicaciones. Si bien esto último es un gran desafío económico para los proveedores de servicios de Internet, las prestaciones de estas redes son tan importantes en la actualidad (interactividad y comunicación multimedia, descarga de contenidos de video, música, transacciones y trabajos cooperativos, entre tantos otros) que motivan a promover políticas de diseño tanto eficaces como eficientes. Las redes P2P imponen un nuevo paradigma de comunicación en base a la cooperación entre pares, que se contrasta con los anteriores modelos cliente-servidor. Ahora los contenidos se fraccionan y distribuyen en la red. Los pares se benefician de los recursos de los restantes para lograr obtener el contenido entero. Hay dos elementos estratégicos claves en el diseño de redes de pares: la decisión de pares con los cuales cooperar, o “estrategia de selección de pares”, y las piezas que se deben descargar una vez establecida la comunicación con un par, o “estrategia de selección de piezas”. Esta tesis se concentra en la estrategia de selección de piezas. En base a un modelo matemático simple, se proponen nuevas técnicas de estrategia de selección de piezas, que superan la calidad de anteriores técnicas. Se introduce un Problema de Optimización Combinatoria (COP) centrado en la calidad de experiencia (QoE), cuyo conjunto de variables de decisión es el de estrategias de selección de piezas. La experiencia en la resolución de este problema sugiere bondades en ciertas estrategias. Las mismas se introducen en una plataforma real de videostreaming denominada GoalBit, que es la primera red P2P cuyos protocolos y códigos son públicos, y posee amplia difusión actualmente en Internet

GoalBit: la primer red P2P de distribución de video en vivo de código abierto y gratuita

Actualmente el tráfico sobre Internet se encuentra creciendo día a día, siendo la distribución de video el principal impulsor de dicho aumento. Tal como se presenta en [32], hoy en día el 40% del tráfico total de Internet se corresponde con la distribución de contenidos audiovisuales, mientras que se espera que para el 2014 este alcance el 57%. A su vez, dentro de las diferentes formas de distribución de video, la distribución de video en vivo se encuentra creciendo en importancia. Debido a este contexto, en los últimos años se han desarrollado múltiples aplicaciones de streaming entre pares, o también llamados P2PTV (Peer-to-Peer TV). Algunos ejemplos de estas aplicaciones son PPlive [103], TVUnetwork [127], PPstream [104], SopCast [121], etc. Todas aplicaciones con protocolo e implementaciones cerradas.Dada esta realidad, este trabajo se centra en el diseño e implementación de GoalBit,la primer red P2P para la distribución de video en vivo, gratuita y de código abierto. Siguiendo el exitoso enfoque de BitTorrent [19], se diseña el GoalBit Transport Protocol,mediante el cual es posible distribuir un streaming de video en vivo sobre una red de pares. Se define el GoalBit Packetized Stream con el fin de especificar la forma de paquetizar un streaming de audio y video, encapsulándolo dentro del protocolo de transporte. En base a estas especificaciones, se apoya a la comunidad open-source en la implementación de un cliente de referencia llamado GoalBit.Tanto a nivel de pruebas empíricas, como en emulaciones realizadas, se observó que la estrategia de selección de piezas, la cual define que piezas un par debe solicitar a otro, es un factor de gran relevancia en la continuidad y latencia del streaming. En este tesis se extiende el trabajo [109], introduciendo una nueva estrategia de selección de piezas y comparándola con las presentadas en dicho trabajo. Por otro lado, se continua con el trabajo realizado en [110] sobre la medición de la calidad de experiencia mediante la tecnología PSQA, integrando dicha medición al cliente GoalBit,obteniendo de esta manera una visión global y completa del estado de la distribución del streaming en la red. Finalmente, a modo de validar nuestras ideas, se desarrollan un conjunto de extensiones al protocolo GoalBit, entre los que se encuentran el prototipo de una red de distribución de contenidos y un prototipo de un monitor de contenidos genérico. Tanto el cliente GoalBit, como sus extensiones fueron probados en escenarios reales, obteniendo resultados muy prometedores

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