بخشی از مقاله
چکیده
جریانسازی رسانه زنده نظیربهنظیر به کمک منابع اجارهشده از ابر، فناوری است که موانع جریانسازی رویدادهای زنده بر روی اینترنت را کاهش میدهد. یکی از چالشهای مهم ارائه یک جریان رسانه زنده با کیفیت بالا به کمک ابر، انتخاب مجموعهای مناسب از نظیرهای گروه برای ارتباط با یاورهای فعال است. روش ارائهشده در این مقاله، موسوم به CLiveRS، مجموعههایی از نظیرهای گروه برای ارتباط با یاورهای فعال، بهنحویکه محدودیت تأخیر بین تولید جریان و تحویل آن به کاربران نقض نشود، را تعیین میکند. نحوه انتخاب نظیرها برای ارتباط با یاورهای فعال، بهصورت یک مسئلهی انتساب فرمولبندی شده و با حل آن مجموعه مناسبی از نظیرها بهعنوان نظیرهای ریشه انتخاب میشوند.
در این روش، نظیرها بر اساس معیارهای تعداد اسلاتهای بارگذاری، فعالیت و محلیت که تابع هزینه ارتباطات را تشکیل میدهند، اولویتبندی میشوند. تابع هدف مسئله، حداقل کردن هزینه ارتباطات بوده، بهگونهای که از یاور فعال بهطور کامل استفاده شود. شبیهسازیها نشان میدهد که روش ارائهشده هزینههای اقتصادی ناشی از اجاره منابع ابر را تا %54 نسبت به روشهای مشابه کاهش میدهد. همچنین روش ارائهشده در مقایسه با روشهای موجود، معیارهای پیوستگی پخش، تأخیر پخش و بار روی یاور غیرفعال را نیز بهبود میدهد.
واژگان کلیدی: رایانش ابری، محاسبات نظیربهنظیر، کیفیت سرویس، هزینه اقتصادی
.1 مقدمه
رشد متناسب پهنایباند سرویسدهندههای منبع ویدیو با جمعیت مشتریان، یا مقیاسپذیری، یکی از چالشهای اصلی در جریانسازی ویدیو روی اینترنت شناختهشده، که این امر موجب افزایش هزینه جریانسازی مبتنی بر سرویسدهنده میشود. امروزه، فناوری نظیربهنظیر برای ارائه سرویس جریانسازی رسانه، بهکاررفته و سیستمهای جریانسازی نظیربهنظیر متعددی برای فراهم کردن سرویس جریانسازی ویدیو زنده و ویدیو در صورت تقاضا ایجادشده است - Androutsellis-Theotokis and . - Spinellis, 2004 یکی از چالشهای اصلی در سیستمهای جریانسازی زنده نظیربهنظیر، فراهمسازی کیفیت سرویس مناسب در حضور پویایی رفتار شبکه است.
منظور از کیفیت سرویس در پخش زنده، پیوستگی پخش بالا و تأخیر پخش کوتاه است. بین این دو ویژگی یک تعادل وجود دارد. پیوستگی پخش را میتوان با تنظیم بافرهای جریانسازی بزرگتر افزایش داد اما این کار با هزینهی افزایش تأخیر انجام میپذیرد. از طرف دیگر، بهبود تأخیر پخش نیازمند این است که در پهنایباند بارگذاری 1 منبع و پهنایباند بارگذاری تجمیع شده تمام نظیرها در گروه2 گلوگاه وجود نداشته باشد . - Kumar and Ross, 2006 - یک روش برای حل این مسئله، استفاده از یاورهای3 کمکی است که پخش محتوا را تسریع میبخشد. یک یاور میتواند یک گره محاسباتی فعال که در پروتکل جریانسازی شرکت میکند یا یک سرویس ذخیرهسازی غیرفعال باشد.
یاورها، کل پهنایباند بارگذاری موجود در سیستم را افزایش میدهند، پس بهصورت بالقوه تأخیر پخش را کاهش میدهند. هر دو نوع یاور در صورت تقاضا از زیرساخت بهعنوان سرویس 4 - IaaS - فراهمکننده ابر اجاره میشوند. با توجه به ظرفیت و هزینههای یاورها، نوع و تعداد درست یاورها با در نظر گرفتن رفتار پویای کاربران تعیین میگردد. ازآنجاییکه اجاره کردن یاورها هزینه بالایی دارد، برای دستیابی به کیفیت سرویس مطلوب، باید بعد از تعیین نوع و تعداد درست یاورها، نظیرهایی که در ارتباط با یاورها هستند، مشخص گردند. روش ترکیبی ابر و نظیربهنظیر که محاسبات نظیربهنظیر کمک شده توسط ابر5نامیده میشود، پیش از این نیز توسط تعدادی از سیستمهای توزیع محتوای نظیربهنظیر استفادهشده است.
برای مثال Sweha et al., - CLOUDANGEL - 2012 سیستمی است که بهصورت پویا یاورهای فعال را در گروه قرار میدهد تا تحویل داده را بهینه کند. در این سیستم سرویسدهندهها محتوا را ذخیره میکنند و به گرههای دیگر میدهند. مثال دیگر از این روشهای ترکیبی، CloudCast - Montresor and Abeni, 2011 - است که در آن تنها از یک یاور غیرفعال 6 - PH - استفادهشده است. در CloudCast بر روی تعداد تعاملهای پر هزینهی نظیر با یاور غیرفعال محدودیت شدیدی گذاشتهشده است. علاوه بر این راهحلها، CloudMedia - Wu et al , 2011 - یک سیستم دیگر است که تقاضاهای پویای کاربران در سیستم ویدیو در صورت تقاضای 7 - VoD - نظیربهنظیر را پیشبینی میکند و در صورت نیاز منابع محاسباتی و پهنایباند را با حداقل هزینه فراهم میکند.
در نهایت - Payberah et al., 2012 - CLive از هر دو نوع یاورها استفاده کرده است. در CLive سعی شده است تا حد امکان از یاور فعال 8 - AH - استفاده شود و در صورت عدم دریافت کیفیت سرویس از قبل تعیینشده، به یاور غیرفعال مراجعه شود. در CLive همچنین با توجه به هزینهها و ظرفیت یاورها، تعداد درست یاورهای فعال تعیینشده است.در این مقاله سیستم جریانسازی زنده نظیربهنظیر مورد توجه قرار گرفته، و با کمک رایانش ابری کیفیت سرویس از پیش تعیینشده را با اجاره پویای یاورها تضمین میکند. بهمنظور کمینهسازی هزینهها و تضمین کیفیت سرویس از پیش تعیینشده، بعد از تعیین نوع و تعداد یاورها، باید در مورد مجموعهای از نظیرها که با یاورهای فعال ارتباط برقرار میکنند تصمیمگیری شود.
همچنین برای تصمیمگیری در مورد مجموعه نظیرهایی که با یاورهای فعال در ارتباط هستند، روشی به نام CLiveRS9 پیشنهادشده است. این مسئله در CLiveRS بهصورت یک مسئله بهینهسازی بیان میشود که تابع هدف آن حداقل نمودن هزینهی ارتباطات است. با حل این مسئله بهینهسازی بهصورت متمرکز، مجموعهای از نظیرها برای ارتباط با یاور فعال به دست میآید. ساختار مقاله بدین شرح است: در بخش دوم، روشهای جریانسازی نظیربهنظیر به کمک ابر مرور می-شوند. در بخش سوم روش پیشنهادی و فرمولبندی ارائهشده برای مسئله انتخاب نظیرها، شرح داده میشود. در ادامه و در بخش چهارم، نتایج شبیهسازی روش پیشنهادشده ارائهشده و روش پیشنهادی با روشهای دیگر مقایسه میگردد. درنهایت در بخش آخر به جمعبندی و کارهای آتی پرداخته میشود.
.2 تحقیقات مرتبط
روشهای جریانسازی نظیربهنظیر به کمک ابر را با توجه به نوع منابع اجارهشده از ابر میتوان به سه دسته تقسیم کرد: - 1 روشهایی که از یاورهای فعال استفاده میکنند، - 2 روشهایی که از یاور غیرفعال استفاده میکنند، و - 3 روشهایی که از هر دو نوع یاورها استفاده میکنند.مقاله - Sweha et al ., 2012 - یکی از مثالهای بهکارگیری یاور فعال است. در این مقاله یک سرویس مبتنی بر یاور فعال به نام AngelCast پیشنهادشده که فراهمکنندگان محتوا را قادر به تکمیل فرایند جریانسازی ارتجاعی نظیربهنظیر نماید. فراهمکنندگان محتوا با عضویت در AngelCast قادر به توسعه منابع از طریق زیرساخت ابری بوده، تا نرخ بیت جریانسازی را در حد مطلوب نگهدارند.
در این مرجع حد پایین ظرفیت یاور فعال موردنیاز، بهمنظور حفظ نرخ بیت مشخص، برای همهی مشتریها تعیینشده و یک ساختار مدل سیال برای دستیابی به این حد پایین توسعه دادهشده است. همچنین با توجه به محدودیتهای ساختار مدل سیال، یک مدل درخت چندگانه عملی که ساختار بهینه سیال را دریافت میکند، ارائهشده است. در AngelCast سرویس مبتنی بر ابر یک ثبتکننده فراهم نموده، تا اطلاعات مشتریها را جمعآوری و در مورد عضویت تصمیمگیری گردد. مسئلهی ورود و خروج گرهها در - Sweha et al ., 2012 - با متمرکز نمودن مدیریت عضویت در این ثبتکننده مورد تحلیل قرارگرفته، که سرویس بدون وقفه و با حداقل تأخیر راهاندازی در آن تضمینشده است.
مقاله - Granja et al ., 2016 - نیز یکی از مثالهای بهکارگیر یاورهای فعال است. نویسندگان مقاله یک ساختار برای همکاری سیستمهای نظیر به نظیر و ابر ارائه دادند تا فراهمکنندگان ویدیو در صورت نیاز 10 - VoD - به توان عملیاتی لازم با هزینه کاهشیافته برسند. در این مقاله بر تحلیل وضعیت سیستم و استقرار ظرفیت جدید بهصورت ماشینهای مجازی در فراهمکنندگان ابر تمرکز شده است. در این راستا یک مسئله تخصیص را ارائه دادهاند تا تعداد درست ماشینهای مجازی را تعیین کنند. برای حل مسئله ارائهشده دو روش هیوریستیک ارائه شده است. یکی از روشهای ارائهشده واکنشی بوده و در صورت نیاز به تامین ماشین مجازی میپردازد. روش دیگر فعال بوده و با هر بار پیوستن کاربر جدید به سیستم به تامین ماشین مجازی میپردازد.
با توجه به ارزیابی که در این مقاله انجامشده روش فعال بهتر عمل کرده است.در - Lin and Shen, 2016 - نیز از یاور فعال استفادهشده است. در این مقاله بهمنظور کمینه کردن مصرف پهنایباند و تضمین رضایت کاربران روشی به نام AutoTune ارائهشده است. روش AutoTune، روشی برای جریانسازی نرخ بیت انطباقی مبتنی بر
