Mathematical analysis of scheduling policies in peer-to-peer video streaming networks

Las redes de pares son comunidades virtuales autogestionadas, desarrolladas en la capa de aplicación sobre la infraestructura de Internet, donde los usuarios (denominados pares) comparten recursos (ancho de banda, memoria, procesamiento) para alcanzar un fin común. La distribución de video representa la aplicación más desafiante, dadas las limitaciones de ancho de banda. Existen básicamente tres servicios de video. El más simple es la descarga, donde un conjunto de servidores posee el contenido original, y los usuarios deben descargar completamente este contenido previo a su reproducción. Un segundo servicio se denomina video bajo demanda, donde los pares se unen a una red virtual siempre que inicien una solicitud de un contenido de video, e inician una descarga progresiva en línea. El último servicio es video en vivo, donde el contenido de video es generado, distribuido y visualizado simultáneamente. En esta tesis se estudian aspectos de diseño para la distribución de video en vivo y bajo demanda. Se presenta un análisis matemático de estabilidad y capacidad de arquitecturas de distribución bajo demanda híbridas, asistidas por pares. Los pares inician descargas concurrentes de múltiples contenidos, y se desconectan cuando lo desean. Se predice la evolución esperada del sistema asumiendo proceso Poisson de arribos y egresos exponenciales, mediante un modelo determinístico de fluidos. Un sub-modelo de descargas secuenciales (no simultáneas) es globalmente y estructuralmente estable, independientemente de los parámetros de la red. Mediante la Ley de Little se determina el tiempo medio de residencia de usuarios en un sistema bajo demanda secuencial estacionario. Se demuestra teóricamente que la filosofía híbrida de cooperación entre pares siempre desempeña mejor que la tecnología pura basada en cliente-servidor

Bandwidth allocation algorithms for file distribution networks and location-aware topology construction in peer-to-peer networks

Peer-assisted applications such as the BitTorrent and PPStream have become more and more popular in today's Internet. They can provide the service of file distribution, multimedia streaming and video on demand. Many research problems have been raised due to the wide use of the peer-assisted applications. In this thesis, we study two problems in the peer-assisted networks: the bandwidth allocation problem for file distribution networks and the location-aware topology construction problem. For the bandwidth allocation problem, we first formulate the minimum overall finishing time problem and the minimum average downloading time problem. We then provide a centralized bandwidth allocation algorithm that can achieve the minimum overall finishing time for simultaneous file distribution networks. For the dynamic networks, we present a simple algorithm to construct a network with link-level homogeneous property. In a link-level homogeneous network, all the links have the same uploading bandwidth so that the peers' downloading rates can be carefully controlled to be globally identical. With the proposed bandwidth allocation algorithms, optimal file distribution networks can be constructed. Extensive simulation results demonstrate that our protocol can greatly improve the performance of the file distribution networks. Most of the peer-to-peer networks are constructed without considering the physical layer topology. This problem is often referred to as the topology mismatching problem. The topology mismatching problem results in low network efficiency due to the large amount of redundant traffic. To solve this problem, we propose an algorithm to construct a location-aware topology for the peer-to-peer networks. The simulation results show that our algorithm reduces the average neighbor distance significantly while it maintains the connectivity of the networks