Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
On ISP Friendliness: Introducing an ISP-Friendly Peer-to-Peer Live Streaming System
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The various capabilities provided by the Internet have attracted a large amount of Internet-based applications over the last decades. Many services that previously only used other means of communication are now also deployed on the Internet. As the content in the communication becomes richer, the bandwidth required to communicate it increases. In the case of delivering audiovisual content over the Internet, a significant amount of bandwidth is required to send the content to a single recipient, and increases rapidly for each additional recipient. To be able to provide scalable, Internet-based systems for video content delivery, researchers and companies have begun to focus on peer-to-peer-based approaches, meaning participants collaborating and contributing their bandwidth to assure content delivery to all others.

This thesis proposes a design for a peer-to-peer system for delivery of live video, and provides simulation results for an implementation of the design. The design targets some of the current issues of peer-to-peer systems – mainly that of providing friendliness towards Internet Service Providers (ISPs). Peer-to-peer systems generate considerable amounts of traffic, which is often sent between peers located in different ISPs, even when data is available at a peer in the same ISP as the recipient. This creates problems for ISPs as they often have to pay other ISPs for data sent over cross-ISP connections, and because congestion can occur in the ISPs gateways to the rest of the Internet – the problems increasing with the number of ISPs that the traffic has to go through. This has forced some ISPs to limit or block peer-to-peer traffic completely.

The system designed in this thesis uses a gossip-based peer-to-peer protocol for content dissemination, and to minimize cross-ISP traffic, the thesis proposes that peers should choose peers closer in the network topology to connect to. This can be achieved by creating a database composed of ISPs and the distance between them, which is consulted every time a new connection is to be created. The database is small enough to be stored locally at each peer. As long as a peer is able to deliver a clear stream it will only connect to close peers, however should the close peers not be able to provide data at a sufficient rate, the peer will request random peers in the system to also provide it with data.

Evaluation of the system in various simulation scenarios shows that it operates well in a constrained environment as well as during peer failures. The evaluation also shows that it is possible to have high clustering of peers and still deliver a clear stream to all of them, as long as a few random connections are allowed to be created when close neighbors can’t provide a suffi cient download rate. Comparing the use of biased neighbor selection to random selection, traffic between ISPs is efficiently reduced in the overall system, the portion of traffic exchanged between peers in the same ISP experience a ten times increase or more in most scenarios, and in larger ISPs that contain many peers, 75% of all traffic is exchanged between peers within the ISP. Thus the design presented in this thesis can be recommended to developers and content providers that are looking to increase ISP friendliness in their existing or future peer-to-peer applications.

Abstract [sv]

De många möjligheter som Internet medför har gett upphov till ett stort antal Internet-baserade tjänster de senaste decennierna. Flertalet tjänster som tidigare endast fanns tillgängliga via andra kommunikationskanaler är numera också möjliga att nå via Internet. I och med att informationen som skall skickas via olika tjänster ökar så ökar också kraven på bandbredd, och för att kunna leverera video krävs en ansenlig bandbredd. Bandbredden som krävs av den som levererar videon ökar dessutom snabbt i takt med antalet mottagare av den. För att kunna skapa Internet-baserade tjänster för video som tillåter ett större antal användare har forskare och företag börjat använda peer- to-peer-baserade lösningar, där användarna av tjänsten samarbetar och bidrar med deras egen bandbredd för att göra det möjligt för samtliga användare att ta emot videon.

Detta arbete beskriver hur ett peer-to-peer-system för live-video kan utformas, och tillhandahåller resultat från simulationer med en implementation av systemet. Det huvudsakliga målet med systemets design är att minska bördan som peer-to-peer-system vanligen utgör för internetleverantörer. Denna typ av system genererar ofta stora mängder data, som i de flesta fall skickas mellan användare som befinner sig i nätverk tillhörande olika internetleverantörer, trots att samma data ofta finns tillgänglig på närmare håll – det vill säga hos användare som tillhör samma internetleverantör som mottagaren. Detta är ett problem för internetleverantörerna eftersom de ofta behöver betala för trafik som lämnar eller går till deras nätverk. Utöver detta så kan de anslutningar som existerar mellan dessa nätverk inte alltid klara sådana mängder trafik, vilket gör att alla användare av de anslutningarna blir lidande. Detta har lett till att vissa internetleverantörer begränsar eller inte tillåter peer-to-peer-trafik överhuvudtaget.

Systemet som utformats i detta arbete bygger på gossiping (ryktesspridning) för att förse användare med videoströmmen. För att minimera mängden trafik som skickas mellan användare hos olika internetleverantörer så jämför användarna avståndet i nätverkstopologin till andra användare och skapar bara anslutningar till de som befinner sig närmast. Avståndet mellan två internetleverantörer utgörs av antalet anslutningar mellan två internetleverantörers nätverk som måste passeras på vägen. Dessa avstånd är lagrade i en databas som finns lokalt hos varje användare. Så länge en användare kan se en videoström utan störningar så laddas den endast ner från närbelägna användare, men skulle dessa inte kunna tillgodose användaren med tillräcklig datahastighet så kommer andra, slumpmässigt utvalda, också att kontaktas för att bidra med delar av videoströmmen till denna användare.

I den utvärdering av systemet som gjorts så har det visat sig fungera väl när tillgängliga resurser som bandbredd och tillförlitligheten i det fysiska nätverket är begränsade, samt under svåra förhållanden som när en stor del av användarna lämnar systemet samtidigt. Utvärderingen visar också att användarupplevelsen inte påverkas av förändringen som det innebär att föredra kommunikation med närbelägna användare, så länge några få slumpmässiga anslutningar är tillåtna i de fall då användare i närheten inte kan tillhandahålla tillräcklig datahastighet. Jämfört med att välja alla kommunikationspartners slumpmässigt så minskar tillvägagångssättet i detta arbete effektivt trafiken mellan olika internetleverantörer både sett till hela systemet och i enskilda nätverk—andelen trafik som utbyts mellan användare tillhörande samma internetleverantör blir i de flesta fall tio gånger större—och i stora nätverk som innehåller många användare så utgör trafik mellan dess användare 75 % av all systemets trafik i detta nätverk. Den design som utformats i detta arbete kan därför rekommenderas till utvecklare och tillhandahållare av både existerande och framtida tjänster som använder peer-to-peer-teknik, och som är intresserade av att minska belastningen som deras system utgör för internetleverantörer.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 54 p.
Series
Trita-ICT-EX, 2012:170
Keyword [en]
gossip, isp friendly, live streaming, peer-to-peer, p2p, video
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-100337OAI: oai:DiVA.org:kth-100337DiVA: diva2:543254
Educational program
Master of Science in Engineering - Information and Communication Technology
Uppsok
Technology
Examiners
Available from: 2012-08-07 Created: 2012-08-07 Last updated: 2012-08-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1708 kB)427 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1708 kBChecksum SHA-512
1df8de3ee2dec7703dec5187b95c9e3f9ab4a3f812f1286b59df457da1c27a0c2a44db935a695b6363083a69eabd219a375b14c010dfdff29e2d19f36c693fb6
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Information and Communication Technology (ICT)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 427 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 584 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf