Luận văn thạc sĩ: Tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast lớp ứng dụng

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu tối ưu hóa topo cho ứng dụng multicast lớp ứng dụng dựa trên DHT, mang lại hiệu quả cao trong truyền tải dữ liệu.

Chuyên ngành

Information Technology

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Thesis

2012

54
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

Abstract

Acknowledgements

1. CHƯƠNG 1: Introduction

1.1. Motivation

1.2. Objectives

1.3. Contributions

1.4. Thesis structure

2. CHƯƠNG 2: Background

2.1. Introduction

List of Figures

List of Tables

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast lớp ứng dụng

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của Internet, việc tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast lớp ứng dụng trở thành một vấn đề quan trọng. Mạng DHT (Distributed Hash Table) cung cấp nhiều lợi ích như phân cấp, khả năng mở rộng và độ tin cậy cao. Tuy nhiên, việc triển khai multicast trên nền tảng DHT vẫn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc quản lý băng thông và cấu trúc cây multicast.

1.1. Khái niệm về multicast lớp ứng dụng và mạng DHT

Multicast lớp ứng dụng là phương pháp truyền tải dữ liệu từ một nguồn đến nhiều đích cùng lúc. Mạng DHT, với khả năng phân phối và quản lý dữ liệu hiệu quả, là nền tảng lý tưởng cho việc triển khai multicast. Các mạng DHT như Chord, Pastry và Tapestry đã được sử dụng để xây dựng các dịch vụ multicast quy mô lớn.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng mạng DHT cho multicast

Mạng DHT mang lại nhiều lợi ích cho multicast, bao gồm khả năng mở rộng, phân tán và độ tin cậy cao. Những đặc điểm này giúp tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu, giảm thiểu độ trễ và tăng cường hiệu suất tổng thể của hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong tối ưu hóa mạng DHT cho multicast

Mặc dù mạng DHT có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. Các thách thức chính bao gồm khả năng băng thông không đồng nhất giữa các nút, việc quản lý thành viên động và cấu trúc cây multicast không cân bằng.

2.1. Khả năng băng thông không đồng nhất giữa các nút

Khi một nút có băng thông thấp trở thành nút nội bộ trong cây multicast, nó có thể gây ra tắc nghẽn và làm giảm hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Việc xác định số lượng nút con tối ưu cho mỗi nút là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất truyền tải.

2.2. Quản lý thành viên động trong mạng DHT

Việc các nút tham gia hoặc rời khỏi mạng một cách ngẫu nhiên có thể làm thay đổi cấu trúc cây multicast. Điều này đòi hỏi các giải pháp linh hoạt để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

III. Phương pháp tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast

Để giải quyết các vấn đề trên, nhiều phương pháp tối ưu hóa đã được đề xuất. Một trong những phương pháp hiệu quả là xây dựng hệ thống multicast thích ứng với băng thông, giúp phân bổ số lượng nút con một cách hợp lý.

3.1. Hệ thống multicast thích ứng với băng thông

Hệ thống này tập trung vào việc xác định băng thông của từng nút trước khi xây dựng cây multicast. Điều này giúp đảm bảo rằng mỗi nút chỉ nhận số lượng nút con tối ưu, từ đó cải thiện hiệu suất truyền tải.

3.2. Tối ưu hóa cấu trúc cây multicast

Bằng cách điều chỉnh cấu trúc cây multicast dựa trên băng thông của các nút, hệ thống có thể duy trì hiệu suất cao ngay cả khi có sự thay đổi trong thành viên của mạng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về tối ưu hóa mạng DHT

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu. Các mô hình như BAM-Chord đã cho thấy kết quả khả quan trong việc quản lý băng thông và duy trì cấu trúc cây.

4.1. Kết quả từ mô hình BAM Chord

Mô hình BAM-Chord đã được thử nghiệm và cho thấy khả năng duy trì hiệu suất cao trong các tình huống khác nhau. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa băng thông và cấu trúc cây có thể giảm thiểu tắc nghẽn và cải thiện trải nghiệm người dùng.

4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau

Các ứng dụng của mạng DHT trong multicast không chỉ giới hạn trong truyền tải video hay âm thanh mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như trò chơi trực tuyến, hội nghị video và truyền tải dữ liệu lớn.

V. Kết luận và tương lai của tối ưu hóa mạng DHT cho multicast

Tối ưu hóa cấu trúc mạng DHT cho multicast lớp ứng dụng là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Các giải pháp hiện tại đã cho thấy hiệu quả, nhưng vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để giải quyết các thách thức còn tồn tại.

5.1. Tương lai của nghiên cứu trong lĩnh vực này

Nghiên cứu trong lĩnh vực tối ưu hóa mạng DHT cho multicast sẽ tiếp tục phát triển, với mục tiêu cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của các hệ thống truyền tải dữ liệu.

5.2. Các hướng nghiên cứu tiềm năng

Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa mới, cải thiện khả năng quản lý thành viên động và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

22/07/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Topology Optimization For DHT - based Application Layer Multicast Nguyen Ngoc Anh Faculty of Information Technology Hanoi University of Engineering and Technology Vietnam National University, Hanoi Supervised by Doctor Nguyen Hoai Son A thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Master of Information Technology June, 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ORIGINALITY STATEMENT ’I hereby declare that this submission is my own work and to the best of my knowledge it contains no materials previously published or written by another person, or substantial proportions of material which have been accepted for the award of any other degree or diploma at Coltech or any other educational insti- tution, except where due acknowledgment is made in the thesis. I also declare that the intellectual content of this thesis is the product of my own work. i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract In recent years, Distributed Hash Table (DHT) becomes active and ongoing area of research at a lot of universities and labs. DHT has many advantages: Decentraliza- tion, scalability, fault tolerance, load balancing, data integrity, and performance,.

Those properties make DHTs are very suitable for deploying multicast services at application layer and in fact, DHT-based network such as CAN, Chord, Pastry, Tapestry, etc can be used to implement Internet-scale application layer multicast. However, early DHT-based multicast systems are insufficient in addressing all of these issues: Heterogeneous node capacity, large- scale multicast and dynamic membership. Moreover, in those system, when one node joins into system through an arbitrary way, some factors are not considered: nodes bandwidth, nodes positon on DHT network (i.e node identifiers), thus, the multicast tree can be built inefficiently and not balance in structure. The solution for assigning an appropriate number of child nodes to each node is far from optimal in term of bandwidth: If the number of child nodes is too high, low capacity node will be overloaded, therefore slows the entire session multicast down.

If the number of child nodes is too low, high capacity nodes will be used inefficiently. In this thesis, we study the method to optimize topology for DHT-based multi- cast. We propose a DHT- based bandwidth adaptive multicast system that forcus on host heterogeneity, scalibility, fault tolerate. In our system, nodes bandwidth is firstly considered, result of this process is the basis for determining the level of the node and correlatively caculating nodes identify.

Level of a node is used to define maximum number of its child nodes. As a result, in our model, each node is assigned an optimal numbers of child nodes to forward multicast data. Thus, our method can make tradeoff between depth of the multicast tree and bandwidth of every node and take advandtages of DHTs in maintaining multicast tree in churn overlay. System chosen for implementation and avaluation is Chord.

This model is called Bandwidth Adaptive Multicast over Chord: BAM-Chord. ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. I would like to express my great gratitude to my supervisor, Dr. Nguyen Hoai Son, in the Department of Communication and Networking at Hanoi University of Engineering and Technology of Vietnam National University, for his encouragement, support, patience, guidance and advice.

Without his constant invaluable direction and tolerance, I could not have become a better researcher. My thanks also go to Dr. Le Anh Cuong, Dr. Pham Bao Son, Dr.

Nguyen Ha Nam, who provided valuable guidance to my ideas in the writing of the thesis. I would also like to respect to my lecturers who has taught me educational subjects at Hanoi University of Engineering and Technology of Vietnam National University I owe all friends and colleagues a huge thank for their encouragement and friend- ship. They have provided great mental support to me when I got stressful at times. Last but not least, thank to my wife Nguyen Bao Tram for her sympathy and love during the past years.

I heartily thank my parents, parents-in-law and my sisters for their encouragement and the many years of support during my studies. Again, I owe my success in life as I am today to my parent’ unconditional love, hard work, and sacrifices To all, I thank you. iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table of Contents Abstract 1 Acknowledgements iii Abstract 1 1 Introduction 2 1.2 Application Layer Multicast .2 Application layer multicast protocols .2 DHT-based multicast .1 Introduction of P2P Networks .1 Unstructured P2P Network model .2 Hybrid P2P Network model .3 Structured P2P Network model .2 DHT-based structure P2P networks. 16 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TABLE OF CONTENTS v 2.2 Content Adressable Network .3 DHT-based multicast .1 CAN-based multicast .2 Chord-based multicast .4 Topology optimization issues for DHT-based multicast .3 Related works on topology optimization for DHT-based multicast .2 Capacity Aware Multicast based on Overlay Network - CAM- Chord .3 DHT-based lightweight broadcast algorithms in large-scale com- puting infrastructures.

28 3 Bandwidth Adaptive Multicast over Chord : BAM Chord 31 3. 36 4 Simulations and Evaluations 38 4.1 The depth of multicast tree. 40 5 Conclusions 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com List of Figures 2.1 Type of transmissions .3 A Comparison between IP multicast and application-layer multicast .5 A unstructured P2P Network with a server .7 An example of Hybrid P2P Model .8 Scheme of a classic Hash Table .9 Scheme of a Distributed Hash Table (DHT) .10 A Chord ring with 6 bit identifier. Notice how the finger table is organized and how K54 is looked up following Chord’s algorithm .11 Example of Chord Finger table .12 Example of Content Addressable Network .13 Smart multicast in CAN.

The dot represents the starting node .14 An example of Chord-based multicast method. In this example, Node 1 sends messages to all nodes in the Chord ring.15 A simple example illustrating the basic approach of SplitStream. Original content is split into two stripes and correlatively, an inde- pendent multicast tree is built for each stripes. A node is a leaf in one tree and a interior in the other .16 An example of CAM- Chord, neighbors of x.17 Balanced Distributed broadcast tree construction using token in 16- node Chord .18 Balanced Distributed broadcast tree construction using partition in an 11-node Chord .1 An example of CAM- Chord, neighbors of x.

33 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LIST OF FIGURES vii 3.2 An example of CAM- Chord, neighbors of x.3 An example of CAM- Chord, neighbors of x.1 Average path length .2 Maximum path length .3 Average path length in Chord, CAM-Chord and BAM-Chord after 32 time steps .4 Average link number per node in Chord .5 Average link in Chord, CAM-Chord and BAM-Chord after 32 time steps. 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com List of Tables 2.1 Definition of variables for node n, using m-bit identifiers. 19 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract In recent years, Distributed Hash Table (DHT) becomes active and ongoing area of research at a lot of universities and labs. DHT has many advantages: Decentraliza- tion, scalability, fault tolerance, load balancing, data integrity, and performance,.

Those properties make DHTs are very suitable for deploying multicast services at application layer and in fact, DHT-based network such as CAN, Chord, Pastry, Tapestry, etc can be used to implement Internet-scale application layer multicast. However, early DHT-based multicast systems are insufficient in addressing all of these issues: Heterogeneous node capacity, large- scale multicast and dynamic membership. Moreover, in those system, when one node joins into system through an arbitrary way, some factors are not considered: nodes bandwidth, nodes positon on DHT network (i.e node identifiers), thus, the multicast tree can be built inefficiently and not balance in structure. The solution for assigning an appropriate number of child nodes to each node is far from optimal in term of bandwidth: If the number of child nodes is too high, low capacity node will be overloaded, therefore slows the entire session multicast down.

If the number of child nodes is too low, high capacity nodes will be used inefficiently. In this thesis, we study the method to optimize topology for DHT-based multi- cast. We propose a DHT- based bandwidth adaptive multicast system that forcus on host heterogeneity, scalibility, fault tolerate. In our system, nodes bandwidth is firstly considered, result of this process is the basis for determining the level of the node and correlatively caculating nodes identify.

Level of a node is used to define maximum number of its child nodes. As a result, in our model, each node is assigned an optimal numbers of child nodes to forward multicast data. Thus, our method can make tradeoff between depth of the multicast tree and bandwidth of every node and take advandtages of DHTs in maintaining multicast tree in churn overlay. System chosen for implementation and avaluation is Chord.

This model is called Bandwidth Adaptive Multicast over Chord: BAM-Chord. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chapter 1 Introduction 1.1 Motivation Today, Internet continues to grow rapidly, many communication requirements that we must deal with. Cause of the explosion in data communications, demand on transferring large volumes of data to many destination quickly increases. To solve bandwidth problems, multicast is a effective solution.

As the most cost-effective way of delivering the same data to a multiple receivers at the same time, multicast is suited to a large number of applications as mobile Internet, e-commerce, content rich applications, and multi-media services: television broadcast, video conferencing. The word ”multicast” is typically used to refer to network layer multicast - IP multicast and was proposed about some decades ago. However, IP multicast still has not been widely deployed because of various technical and administrational reasons. The disadvantages of implementing multicast at the IP level has led to an interesting application-level multicast.

Application layer multicast refers to the implementation of multicast capability at the application layer instead of network layer. A number of application-level multicast systems have been proposed that are built using structured peer-to-peer (p2p) overlays. Originally, distribute hash table (DHTs) were developed with applications like peer-to-peer file sharing. Recent years, there has been considerable interest in ap- plying DHTs to overlay multicast applications since it has many advantages: Decen- tralization, Scalability, Fault tolerance, Load balancing, and performance,.Those properties make DHTs are very suitable for deploying multicast services at applica- tion layer and in fact, DHT-based network such as CAN, Chord, Pastry, Tapestry, 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Motivation 3 etc has been already used to implement Internet -scale applicastion layer muticast. However, early DHT-based multicast systems are insufficient in addressing a number of technical issues: • Heterogeneous output bandwidth of Node: Since the number of child nodes of a node in a multicast tree is decided based on the DHT algorithm without consideration of nodes bandwidth capacity, a node with low bandwidth may become a bottleneck if it is an internal node of a multicast tree • Effective bandwidth utilization: If a node with high bandwidth is a leaf node, the system can not utilize the bandwidth capacity of the node to deliver mul- ticast messages. • Dynamic membership: The optimization of multicast trees must be achieved even when member nodes join or leave at anytime. To limit the multicasting load on a node, M.

Castro, el al. propose a solution in SplitStream (M.Castro, ), where one node informs its out-degree. When it re- ceives a futher join requests, it pushdown this request to its children. Nevertheless, Bharambe, et al.

explored and found heterogeneity issue is not address with Split- Stream (Feb, February 24 25 2005). With CAM CAM-Chord and CAM-Koorde designs in (6-1, 6 10 June 2005), heterogeneity is tackled by allowing node to al- ter out-degree according to its capacity. However, they did not describe how to maintain topology when the out-degree limits.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ