مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

www.irantarjomeh.com

سرویس برحسب تقاضای ویدیویی شبکه نظیر به نظیر

یک دیدگاه نشانه – مبنا جهت ارزیابی مقیاس پذیری سرویس بر حسب تقاضای- ویدیویی مبتنی بر – شبکه های نظیر به نظیر

چکیده

شبکه های نظیر به نظیر (P2P)، بعنوان یکی از نوید دهنده‌ترین دیدگاه ها جهت ارتقای مقیاس پذیری سرویس بر حسب تقاضای ویدیویی (VoD)، در اینترنت در حال ظهور می‌باشد. با وجود آنکه تعدادی از معماری ها و پروتکل‌های استریمینگ یا جریان سازی در خلال سالیان گذشته پیشنهاد شده اند، تحقیقات اندکی در زمینه بررسی عملکرد سرویس VoD مبتنی بر- P2P، مخصوصاً در باب ملاحظه رفتار حقیقی کاربران، که تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی پدیده مقیاس پذیری سیستمی‌دارند، انجام شده است. بنابر این، در این مقاله، ما در ابتدا رفتار کاربران را از طریق تجزیه و تحلیل تعداد زیادی از آثار حقیقی مورد توصیف و بررسی قرار می‌دهیم، آثاری که از سیستم معروف VOD، که به وسیله بزرگترین ایستگاه تلویزیونی در چین، تحت عنوان cctv.com، پشتیبانی می‌شود، حاصل شده‌اند. پس از آن، ما مقیاس پذیری عملی سرویس VOD مبتنی بر- P2P را از طریق کاربرد شبیه سازی‌های گسترده نشانه – مبنا، تحت یک چارچوب سیستمی‌کلی، مورد بررسی قرار می‌دهیم. نتایج معرف آن می‌باشند که شبکه های P2P در زمینه ارائه سرویس VoD، از مقیاس متناسبی برخوردار می‌باشند، که این موضوع نشات گرفته از رفتار واقعی کاربران، بواسطه صرفه جویی در سطح قابل ملاحظه‌ای از پهنای باند سرور، خواهد بود. بعلاوه، این مبحث مشخص شده است که بهره گیری از کش یا حافظه پنهان سخت از طرف کلاینت باعث حاصل آمدن مقیاس پذیری بسیار بهتر سیستمی،‌ در مقایسه با کش نرم می‌شود. بعلاوه، از طریق شبیه سازیهای تفصیلی، تأثیر ویژگیهای مختلف رفتار کاربران در خصوص مقیاس پذیری سیستمی‌را مشخص می‌نماییم. ما عقیده داریم که این مطالعه باعث فراهم آمدن بینش کافی در زمینه درک مقیاس پذیری عملی سرویس VOD مبتنی بر- P2P شده است و بنابر این چنین مقوله‌ای برای طراحی و بهینه سازی سیستم های آتی مفید تلقی می‌گردد.

کلمات کلیدی: شبکه های نظیر به نظیر، ویدیو بر حسب تقاضا، مقیاس پذیری سیستم، رفتار کاربران

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

۱- مقدمه

در خلال سالیان اخیر شبکه های نظیر به نظیر(P2P) بعنوان یکی از دیدگاه‌های کاملا امید دهنده در زمینه مخاطب قرار دادن مشکل مقیاس پذیری در سیستم های دارای مقیاس بزرگ ظهور نموده اند، که در آن هر گره نقش سرور و کلاینت را در یک زمان بعهده خواهد داشت و منابع موجود محاسباتی، فضای ذخیره و پهنای باند خود را در یک استخر منابع انباشته به اشتراک می‌گذارد. الگوی مشارکتی در شبکه های P2P ضرورتا ‌سبب افزایش قابلیت سیستمی‌بدون نیاز به پشتیبانی خاص از زیر ساختار شبکه یا سرورهای پر هزینه خواهد شد. تاکنون، شبکه های نظیر به نظیر قبلاً موفقیت بزرگی را در پشتیبانی از سیستم های کاربردی بسیاری در اینترنت بدست آورده اند، همانند به اشتراک گذاری فایل مبتنی بر- P2P  [۱], [۲], [۳] و استریمینگ زنده [۴], [۵], [۶]. محققین همچنین پتانسیل های شبکه های P2P در زمینه فراهم آوردن سرویس ویدیو – برحسب تقاضا (VoD) همراه با معماری های مختلف سیستمی‌‌پیشنهاد شده و پروتکل های استریمینگ را مورد شناسایی قرار داده اند [۷], [۸], [۹], [۱۰], [۱۱]. در یک سیستم VoD مبتنی بر- P2P معمولی، کلیپ های ویدیویی به قطعات کوچکی تقسیم می‌شوند و هر کلاینت می‌تواند از طریق کلاینت‌ها/ مشتریان دیگر یا سروهای ویدیو، بر مبنای موجود بودن اطلاعات، به قطعه‌های ویدیویی دسترسی داشته باشد. قطعه‌های دریافتی در حافظه پنهان یا کش محلی کلاینت ذخیره می‌شود به گونه ای که بتوان از آنها در زمان تقاضاهای آتی از سوی همتایان دیگر استفاده نمود. بدین طریق، مشارکت دو سویه بین کلاینت ها سبب کاهش بار کاری سرور شده و در مقابل سبب افزایش مقیاس پذیری سیستم خواهد شد.

با این وجود، این امر را نمی‌توان بعنوان یک مبحث جزئی جهت ارزیابی مقیاس پذیری عملی سرویس VoD مبتنی بر- P2P در نظر گرفت. در وهله اول، متفاوت از استریمینگ یا جریان اطلاعات بصورت زنده، کاربران در سیستم های VoD می‌توانند به صورت مجزا اقدام به درخواست هر گونه کلیپ ویدیویی در هر موقعیت و در هر زمان نمایند. این طبیعت اسنکرون یا ناهمزمانی الگوی دسترسی کاربر به طور جدی سبب کاهش فرصت مشارکت در بین همتایان خواهد شد. در وهله دوم، غالباً تعداد زیادی از کلیپ های ویدیویی در  سرویس برحسب تقاضا فراهم شده است، در حالی که درخواست ها از سوی کاربران به صورت غیر یکنواخت در بین این کلیپ ها گسترش یافته است. این پراکندگی درخواست ها برای کلیپ های ویدیویی همچنین سبب بروز چالشی برای سرویس VoD مبتنی بر- P2P خواهد شد. به طور مثال، کلیپ هایی که دارای معروفیت پایینی می‌باشند ممکن است تنها برای تعداد دفعات خاصی درخواست شوند و بنابر این، کلاینت های منطبق از فرصت کمتری برای تعامل با یکدیگر برخوردار خواهند بود. 

…

ادامه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی می‌شود: در بخش۲، ما نسبت به تجزیه و تحلیل آثار مرتبط با حجم حقیقی کار و مشخص نمودن ویژگی های کلیدی رفتار کاربران در دسته بندی های اخبار و موسیقی اقدام می‌نماییم. در بخش۳، ما یک چارچوب کلی سرویس VoD مبتنی بر-P2P را ارئه نموده و نسبت به ارزیابی مقیاس پذیری سیستمی‌بوسیله شبیه سازی های نشانه – مبنا اقدام  می‌نماییم و پس از آن تأثیر ویژگی های مختلف رفتار کاربران را نیز مشخص می‌سازیم. در نهایت، ما تحقیقات مرتبط را مورد بحث قرار داده و نتیجه گیری این مبحث را در بخش های ۴ و ۵ عرضه می‌نماییم.

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

۲- رفتار کاربر در سرویس بر حسب تقاضای ویدیویی

در این بخش، ما سعی خواهیم نمود تا از طریق مطالعه دقیق تعداد زیادی از آثار مرتبط با رفتار کاربران، که از سیستم VoD مشهور در چین جمع‌آوری شده است، نگرش جامعی را حاصل نماییم. ما در ابتدا اقدام به تشریح روش شناسی اتخاذی خود جهت جمع آوری و آنالیز این آثار در مرحله اول نموده و سپس در مرحله دوم اقدام به ارائه رفتار توصیفی کاربران، مخصوصاً بر حسب تعداد کاربران همزمان آنلاین، تعامل بین کاربران، ارزیابی معروفیت و چولگی کلیپ های ویدیویی و همچنین رجوع و درخواست های مکرر کاربران خواهیم نمود. ما عقیده داریم که نتایج آماری رفتار کاربران در سرویس VoD، در حاصل آوردن درکی عمیق، برای مقیاس پذیری سیستمی، نقش مهمی‌را ایفا خواهد نمود.

۱-۲٫ روش شناسی نشانه – مبنای مورد مطالعه

در این بخش، ما نسبت به معرفی روش شناسی به کار گرفته خود، جهت جمع آوری و تجزیه و تحلیل آثار مرتبط با حجم کار در سرویس VoD، اقدام می‌نماییم.

۱-۱-۲٫ اطلاعات آثار پیگیری شده

آثار یا نشانه های عملی به کار گرفته شده در این مقاله از سیستم VoD – cctv.com، که تحت حمایت CCTV بزرگترین ایستگاه تلویزیونی در چین می‌باشد، جمع آوری شده است. سیستم VoD برمبنای معماری C/S متعارف می‌باشد و شامل ۱۲ سرور قدرتمند با حجم بار- متوازن و متمرکز است که مجهز به سرویس مدیای ویندوز (WMS) هستند. برای هر در خواست، یکی از سرورهای استریمینگ (سروهایی که در چنین جریانی موجود می‌باشند) به سرور پاسخ داده و بنابراین سبب ثبت یک اثر درخواستی می‌شود. کلیه این ۱۲ سرور استریمینگ به صورت کلاک- سنکرون (همزمانی- ساعت) می‌باشند، بنابراین ما براحتی می‌توانیم اقدام به ترکیب و سورت این آثار برمبنای زمان دریافت تقاضا نماییم. در ادامه این مبحث، ما اقدام به تعامل با ۱۲ سرور استریمینگ بعنوان یک سرور بزرگ، جهت آسان سازی رویه تشریح، خواهیم نمود.

در این سرور، حدوداً ۵۰۰۰ هزار کلیپ ویدیویی با نرخ به رمز در آورده شده (کد شده) حدوداً ۳۰۰ کیلو بیت در ثانیه قرار دارند. طول این کلیپ هادر محدوده دهها هزار ثانیه خواهد بود. ما اقدام به جمع آوری این آثار از چنین سیستمی‌برای مدت ۵۰ روز نموده و مجموعاً حدود۱۲ میلیون اثر را گردآوری نمودیم. در هر اثر، ۴۴ فیلد جهت ثبت اطلاعات درخواست وجود دارد. در این مقاله ما عمدتاً ۷ فیلدی که در جدول ۱ ذکر شده اند را مورد استفاده قرار می‌دهیم.

۲-۱-۲٫ شناسایی کاربر

به منظور درک درخواست ها از کاربران مختلف ما از فیلد c-playerid به جای آدرس IP جهت مشخص ساختن کاربران استفاده نمودیم. دراین آثار، فیلد c-playerid از سوی بازیگر، از سمت- کلاینت، گزارش شده است. در صورتی که کاربر مربوطه بازیگر خود را به صورت ناشناس پیکربندی نماید، فیلد c-playerid به صورت تصادفی برای هر درخواست تولید خواهد شد و بنابراین نمی‌توان آن را برای شناسایی به کار گرفت. از اینرو، ما اقدام به حذف چنین رکوردی که دارای فیلد c-playerid بی نام یا ناشناس از آثار جمع آوری شده می‌باشد نموده که باعث شد تقریباً ۴میلیون آثار دارای فیلد c-playerid منحصر بفرد در نهایت باقی بمانند.

۳-۱-۲٫ دسته ‌بندی‌های ویدئو

در این سیستم، انواع مختلف کلیپ‌های ویدئویی در دیرکتوریهای متفاوت بر روی سرور VoD قرار می‌گیرند. ما اقدام به دسته ‌بندی متفاوت کلیپ ‌های ویدئویی با استفاده از فیلد                cs-uri-stream نمودیم. بر این اساس، اغلب کلیپ‌های ویدئویی را می‌توان به دو دسته تقسیم نمود: کلیپ‌های خبری و کلیپ‌های موسیقی. جدول ۲ معرف اطلاعاتی در زمینه آثار این دو دسته‌بندی می‌باشد. با توجه به انواع مختلف محتویات، رفتار کاربران برای این دو دسته نیز معرف ویژگی‌های متفاوتی است. در این مقاله، ما اقدام به اعمال شبیه‌سازی‌هایی در خصوص دسته‌بندی‌های خبری و موسیقی به صورت مجزا نموده و سعی خواهیم داشت تا اثرات مرتبط با رفتار کاربران در زمینه‌ی مقیاس‌پذیری سیستمی‌از طریق اعمال یک مقایسه‌ی تطبیقی را مورد بررسی قرار دهیم.

۴-۱-۲٫ مدل نشست

در این مطالعه، آثار جمع آوری شده، تنها مشخص کننده رفتار کاربران در مبحث گرانولیته درخواست‌ها بوده است. به منظور حاصل آوردن الگوی ورود و ترک کاربران، ما یک نشست/ جلسه را به عنوان دامنه‌ای از درخواست‌ها از یک کاربر خاص تعریف نمودیم، در حالی که هر فاصله بین دو درخواست ترتیبی بزرگتر از وقت مشخص شده‌ی t_h  که بصورت شماتیک در شکل ۱ نشان داده شده است، نخواهد بود. در مقایسه با مدل نشست استفاده شده در  [۱۲] و [۱۳]، در مدل پیشنهادی ما، کاربران قادر هستند تا نسبت به درخواست کلیپ‌های ویدئویی متعدد در یک نشست واحد اقدام نمایند، که بر این مبنا، عقیده داریم که چنین قابلیتی بنحو احسن اعمال خواهد شد. توجه داشته باشید که کاربران در طی کل زمان نشست، حتی به هنگامی‌که هیچ‌گونه درخواستی از کاربران وجود ندارد، به صورت آنلاین خواهند بود.

۲-۲. ویژگی ‌های رفتار کاربران

در این بخش، ما اقدام به ارائه‌ آنالیز آماری نتایج رفتار کاربران در سیستم VoD بر حسب تعداد کاربران هم زمان آنلاین، تعاملات بینابینی کاربران، ارتقای مشهوریت و چولگی کلیپ‌های ویدئویی همراه با رجوع مجدد و درخواست‌های مکرر کاربران نموده‌ایم. در این بخش، ما بعداْ تأثیر رفتار کاربران بر  روی مقیاس‌پذیری سیستمی‌را به تفصیل مورد بررسی قرار خواهیم داد.

۱-۲-۲٫ تعداد کاربران هم زمان آنلاین

از آنجایی که کارایی شبکه‌های P2P منوط به مشارکت بین همتایان می‌باشد، تعداد کاربران هم زمان آنلاین به میزان قابل توجهی بر روی مقیاس‌پذیری سرویسVoD مبتنی بر- P2P تأثیرگذار خواهد بود. ما تعداد میانگین کاربران هم زمان آنلاین در یک حیطه‌ زمانی ۲۴ ساعته در خلال ۵۰ روز برای دسته‌بندی‌های اخبار و موسیقی را به ترتیب همانگونه که در شکل‌های ۳- الف و ۳- ب نشان داده است ترسیم نمودیم. این موضوع آشکار می‌باشد که دو دسته‌بندی معرف گوناگونی‌های متفاوت مهمی‌در زمینه تعداد کاربران هم زمان در ۲۴ ساعت می‌باشد. مادامی‌که این تعداد از ساعت ۱۰ صبح تا ۲۲ بعدازظهر بالاترین آمار را برای دسته‌بندی موسیقی خواهد داشت، می‌توان شاهد دو نقطه‌ اوج یا پیک آشکار در ساعت ۹ صبح تا ۱۰ صبح و همچنین ۲۲ بعدازظهر الی ۲۳ بعدازظهر برای اخبار بود.

۲-۲-۲. تعاملات بینابینی کاربران

مطالعات قبلی نشان‌دهنده‌ آن می‌باشند که تعاملات بینابینی کاربران، نظیر وقفه یا جهش بجلو/ به عقب، سبب تنزل عملکرد رویه‌های چند بخشی IP در زمینه‌ی فراهم آوردن سرویس VoD می‌شود [۱۴]. به طور شهودی، تعاملات بینابینی کاربران ممکن است همچنین سبب به بار آوردن تأثیرات منفی بر روی مقیاس‌پذیری سیستم‌های VoD مبتنی بر- P2P شوند. به عنوان مثال‌های شاخص، شکل ۴ معرف موقعیت آغاز و انتهای هر درخواست برای ۳ کلیپ ویدئویی است که به صورت تصادفی با طول‌های مختلف درخواست شده‌اند. ما در اینجا اقدام به ایجاد تمایزات بین دسته‌بندی‌های موسیقی و اخبار نخواهیم نمود، چرا که آنها به صورت الزامی‌معرف ویژگی‌های یکسانی در مبحث تعاملات بینابینی کاربران می‌باشند. در این شکل‌ها، این درخواست‌ها همچنین در ابتدا به وسیله‌ نقطه‌ی آغازین و سپس از طریق موقعیت انتهایی در فایل ویدئویی درخواست شده سورت می‌شوند. بنابراین درخواست‌های جهشی که غالباْ از نقطه‌ آغازین ویدئو شروع نمی‌شوند همگی در انتهای این منحنی نشان داده شده‌اند. 

۳-۲-۲٫ ارزیابی معروفیت و چولگی کلیپ‌های ویدئویی

ما بر مبنای دو ویژگی نتایج تحلیلی معروفیت ویدئویی را ارائه می‌نماییم: ارتقای معروفیت و چولگی یا عدم تقارن معروفیت. مورد اولی یعنی ارتقای معروفیت بازتاب دهنده‌ تغییر تعداد درخواست برای یک کلیپ ویدئویی خاص در حیطه‌ زمانی مشخص می‌باشد، در حالی که مورد آخری یا چولگی ترسیم‌کننده‌ توزیع درخواست‌ها در بین کلیپ‌های ویدئویی مختلف است.

در سرویس VoD پس از آنکه یک کلیپ ویدئویی به سرور استیریمینگ اضافه شد، معروفیت آن بر مبنای تعداد دفعات تقاضای کاربران جهت نمایش آن مشخص می‌گردد، که بر مبنای تغییر چنین رخدادی در خلال زمان خواهد بود. چنین مبحثی که تحت عنوان سیر تکاملی معروفیت خوانده می‌شود، بر روی مقیاس‌ پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P تأثیرگذار خواهد بود. به طور مثال، در صورتی که درخواست‌ها برای تماشای یک کلیپ ویدئویی مشخص در خلال یک بازه‌ زمانی کوتاه افزایش یابد، سرور استرومینگ  از شبکه‌های P2P نفع بیشتری را خواهد برد. دلیل این امر آن است که ازدیاد درخواست‌ها سبب افزایش همکاری در بین همتایان یا شبکه‌های نظیر به نظیر خواهد شد. شکل‌های ۵ الف و ۵ ب بترتیب معرف یک سیر تکاملی معروفیت ۱۰ روزه با توجه به یک مجموعه‌ تصادفی متشکل از ۱۰ کلیپ خبری و موسیقی می‌باشد. 

۴-۲-۲٫ رجوع کاربران و درخواست های مکرر

با توجه به مضمون شناخته شده، سیستم های VoD مبتنی بر- P2P متکی به محتویاتی هستند که در حافظه پنهان کلاینتها وجود داشته و بر مبنای آن قادرند درخواست های حاصله از جامعه کاربران را تحقق بخشند. تا اندازه ای، رجوع کاربران و درخواست های تکراری از سوی آنها سبب مشخص نمودن کارایی این حافظه پنهان شده و بنابراین لازم است تا چنین مبحثی را به صورت دقیق مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

رجوع کاربران در اینجا به عنوان تعداد دفعاتی که مشترکین، سرویس های VoD مبتنی بر- P2P، به سیستم مراجعه می‌نمایند مد نظر می‌باشد. در سرویس VoD مبتنی بر- P2P، درصورتی که محتویاتی که در حافظه های پنهانی سیستم های مشتریان قرار دارند را بتوان در طی زمان های آفلاین همچنان حفظ نمود (که ما آن را تحت عنوان حافظه پنهان یا کش سخت می‌شناسیم و در بخش بعدی مورد تشریح قرار خواهد گرفت)، می‌توان آنها را بمجرد آنکه مشتریان دوباره وارد سیستم می‌شوند مورد استفاده قرار داد. 

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

۳- مقیاس پذیری سرویس بر حسب تقاضای ویدیوئی مبتنی بر ـP2P

در این بخش، ما اقدام به ارزیابی مقیاس پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P تحت رفتار حقیقی کاربران که از بخش قبلی حاصل شده است نموده و سپس ‌از طریق شبیه سازی های گسترده نشانه – مبنا، در هر دو دسته خبری و موسیقی، تاثیرات رفتار کاربران در زمینه مقیاس پذیری سیستمی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. جهت سادگی رویه تشبیهی، ما در ابتدا یک چارچوب کلی سیستم‌های VoD مبتنی بر- P2P، که در شبیه سازی های ما استفاده خواهد شد، را ارزیابی می‌نماییم. سپس، روش شناسی این مبحث ارائه خواهد شد که شامل موارد ذیل می‌باشد: فرضیه‌ها، انواع حافظه پنهان و الگوریتم های جایگزین این حافظه، که از سمت- کلاینت‌ مورد پذیرش قرار گرفته‌اند، متریک های استفاده شده جهت ارزیابی عملکرد سیستمی ‌و شرایط شبکه های نظیر به نظیر به کار گرفته شده در این شبیه سازی ها. پس از آن، ما نتایج مقیاس پذیری عملی سرویس VoD مبتنی بر- P2P، تحت انواع مختلف حافظه پنهان یا کش و الگوریتم های جایگزینی آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در نهایت، اقدام به شناسایی تاثیرات ویژگی های مختلف رفتار کاربران در مبحث مقیاس پذیری سیستمی‌در انتهای این بخش خواهیم نمود.

۱ـ۳٫ چارچوب کلی سیستم های VoD مبتنی بر- P2P

شکل ۱۰ معرف چارچوب کلی سیستمهای VoD مبتنی بر- P2P می‌باشد که در شبیه سازی‌های ما مورد استفاده قرار گرفته است. این چارچوب عمدتاً متشکل از ۳ مؤلفه بشرح ذیل می‌باشد :

1. سرور ویدیو. سرور ویدیو به عنوان منبع اصلی عمل نموده و ارائه دهنده سرویس استریمینگ بر حسب تقاضا به درخواست همتایان خواهد بود. به طور کلی، این سیستم از فایل های ویدیوئی موجود استفاده می‌نماید و پاسخ لازم را از کاربران و محتویات ویدیوئی جامعه همتایان فراهم می‌سازد. در این چارچوب، سرور ویدیو که بصورت همیشگی آنلاین خواهد بود، دارای کلیه کلیپ‌های ویدیوئی موجود در حافظه خود می‌باشد، بگونه ای که مشتریان، در صورتی که قطعات ویدیویی را نتوانند در حافظه همتایان خود بیابند، به صورت دائمی‌ قابلیت فراخوانی/ یا واکشی قطعات ویدیویی از این سرور را خواهند داشت. ذکر این نکته ضروری است که در برخی از مواقع سرور ویدیو می‌تواند به عنوان سرورهای متمرکز متعدد یا توزیعی مختلف، جهت بالانس نمودن حجم کاری، عمل نماید.

2. …

۲ـ۳٫ روش شناسی های نشانه – مبنا

ما نسبت به توسعه یک ابزار شبیه سازی نشانه – مبنانه، جهت مشخص نمودن آثار جمع آوری شده به عنوان ورودی و اتخاذ یک روش رخداد- گسسته، جهت شبیه سازی عملکرد هر همتا، اقدام نمودیم. در این بخش، بطور موجز اقدام به تشریح این فرضیه ها، دو نوع حافظه پنهان یا کش، چهار الگوریتم جایگزین حافظه پنهان، سه متریک عملکرد و اتصالات شبکه همتایان، استفاده شده در شبیه سازی ها، خواهیم نمود.

۱ـ۲ـ۳٫ فرضیات

در این شبیه سازی ها، ما فرضیات ذیل را مد نظر قرار می‌دهیم :

1. مشتریان یا کلاینت ها اقدام به دریافت قطعات ویدیوئی از سرور ویدیو یا همتایان دیگر با نرخ بازپخش مناسب نموده به گونه ای که رویه پخش بصورت متوالی و پایدار ادامه یابد.

2. یک قطعه به عنوان محتوای یک ثانیه‌ای ویدیوئی مد نظر می‌باشد. بدان معنا که، در صورتی که نرخ بیت استریم ویدیو ۵۱۲ کیلو بیت در ثانیه باشد اندازه یک قطعه ۶۴ کیلو بایت خواهد بود.

3. …

۲ـ۲ـ۳ انواع حافظه پنهان

در این شبیه سازی ها، ما عمدتاً از ۲ نوع حافظه پنهان در سمت کلاینت استفاده می‌نماییم :

1. حافظه پنهان نرم. در این حالت، کلاینت اقدام به ذخیره سازی محتویات دریافتی در حافظه موقت خود ( به طور مثال RAM ) می‌نماید و بدینوسیله محتوای کش شده یا در حافظه پنهان قرار گرفته را می‌توان تنها در طی مدت آنلاین جاری مورد دسترسی قرار داد و به مجرد آنکه کاربری آفلاین شد این حافظه نیز پاک خواهد گردید.

2. حافظه پنهان سخت. در این مورد، مشتری یا کلاینت اقدام به ذخیره سازی محتوای دریافتی در حافظه دائمی‌خود (همانند دیسک سخت) نموده و بنابراین محتویات قرار گرفته در حافظه را می‌توان بعد از آفلاین شدن نیز همچنان حفظ نمود و دوباره به هنگامی که آن کاربر وارد سیستم شد این اطلاعات نیز قابل تحصیل می‌گردند.

۳ـ۲ـ۳٫ الگوریتم های جایگزین حافظه پنهان

به هنگامی که حافظه پنهان کلاینت پر شد، لازم است تا اقدام به جایگزینی یک قطعه ویدیوئی در حافظه پنهان آن از طریق کاربرد الگوریتم جایگزین حافظه پنهان شود. بر مبنای اطلاعات ما، عملکرد سرویس VoD مبتنی بر- P2P به طور الزامی ‌بر این مبنا مشخص می‌گردد که آیا کلاینت، به جای آنکه این اطلاعات را از سرورها در شبکه های نظیر به نظیر بیابد، قابلیت یافتن و فراخوانی قطعات مطلوب خود در کش یا حافظع پنهان همتایان را خواهد داشت یا خیر. بنابراین، الگوریتم جایگزین حافظه پنهان در تشخیص عملکرد سیستمی ‌بسیار مهم تلقی می‌گردد. در شبیه سازی های ذیل، ما بر این مبنا اقدام به پذیرش و مقایسه ۴ الگوریتم جایگزین حافظه پنهان اصلی می‌نماییم که  به شرح ذیل توصیف می‌شوند :

1. اولین ورودی اولین خروجی (FIFO). در سیستم FIFO، قطعات در یک صف در حافظه کش کلاینت قرار می‌گیرند. به هنگامی که این حافظه پر شد، این سیستم اقدام به جایگزینی قطعه ای می‌نماید که در ابتدا بدین صف اضافه شده است. الگوریتم FIFO نسبتاً ساده می‌باشد و قابلیت پیاده سازی محلی آن از سمت- کلاینت بدون هیچگونه اطلاعات عمومی وجود خواهد داشت.

2. الگوریتم بیشترین کپی کش شده (MCC). در الگوریتم MCC، کلاینت اقدام به جایگزینی قطعه‌ای می‌نماید که بیشترین کپی کش شده در کل سیستم بشمار می‌آید. در این شبیه سازی ها، ما در نظر می‌گیریم که کلاینت قابلیت تحصیل تعداد کپی های کش شده هر قطعه از سوی ردیاب را خواهد داشت.

3. …

۴ـ۲ـ۳٫ متریک های ارزیابی

جهت ارزیابی مقیاس پذیری سیستم های سرویس VoD مبتنی بر- P2P ، ما ۳ متریک عملکرد را به شرح ذیل مد نظر قرار می‌دهیم :

1. پهنای باند صرفه جویی شده سرور ( SSB ). SSB به عنوان درصد پهنای باند سرور که به وسیله راه حل های P2P صرفه جویی شده اند، در مقایسه با سیستم های کلاینت/ سرور متعارف، تعریف می‌گردد. SSB جزء مهمترین متریک جهت ارزیابی مقیاس پذیری سرویسVoD مبتنی بر- P2P بشمار می‌آید.

2. نسبت فعالیت کش محلی (LCHR). LCHR به عنوان نسبت تعداد قطعاتی محسوب می‌شود که در حافظه پنهان محلی یا کش کلاینت نسبت به کل تعداد قطعات درخواست شده مورد استفاده قرار گرفته اند.

3. …

۵ـ۲ـ۳٫ شرایط شبکه همتایان در شبیه سازی ها

جهت شبیه سازی ناهمگنی پهنای باند همتایان، ما از سه نوع مختلف گره های ADSL معمولی در شبیه سازی های خود استفاده می‌نماییم. ظرفیت های آپلود آنها عبارتند از: ۱ مگا بیت در ثانیه، ۳۸۴ کیلو بیت در ثانیه و ۱۲۸ کیلو بیت در ثانیه. همچنین قابلیت دانلود آنها نیز بترتیب مشخص می‌شود: ۳ مگا بیت در ثانیه، ۱٫۵ مگا بیت در ثانیه و ۷۶۸ کیلو بیت در ثانیه. در این شبیه سازی ها، ما به طور تصادفی اقدام به تخصیص نوع اتصال به شبکه های نظیر به نظیر با درصد مشخص شده ۳۰، ۴۰ و ۳۰ درصد نموده ایم. بنابراین، میانگین پهنای باند آپلود برای هر شبکه همتا در حدود ۵۰۰ کیلو بیت در ثانیه می‌باشد که حتی کمتر از نرخ بیت چنین جریانی خواهد بود. ما این موضوع را مورد بررسی قرار می‌دهیم که پهنای باند سرور تا چه اندازه در این اجتماع P2P با تامین پهنای باند بصورت «اکید» قابل صرفه جویی خواهد بود.

۳ـ۳٫ مقیاس پذیری عملی سرویس VoD مبتنی بر-P2P طرح های حافظه پنهان / کش مختلف

در این بخش، ما نتایج شبیه سازی با تنظیمات مختلف انواع حافظه پنهان و الگوریتم های جایگزینی آن در دسته بندی های خبری و موسیقی را ارائه می‌نماییم تا آنکه یک دید جامع در زمینه مقیاس پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P حاصل آید.

شکل های ۱۱ الف و ۱۱ب بترتیب نشان دهنده میانگین SSB چهار الگوریتم حافظه پنهان در برابر اندازه کش کلاینت ها برای دسته بندی های خبری و موسیقی می‌باشد. به طور آشکار، در این مبحث دیگر صحبتی از حافظه پنهان سخت یا نرم نمی‌باشد، SSB غالباً با توجه به اندازه حافظه پنهان، بدون توجه به الگوریتم جایگزینی کش یا حافظه پنهان، افزایش می‌یابد. به هنگامی‌که اندازه حافظه پنهان نا محدود باشد، که معرف آن است که کلاینت قابلیت نگهداری کلیه محتویات دریافتی  در حافظه پنهان خود بدون هر گونه جایگزینی را خواهد داشت، SSB متعلق به دسته‌بندیهای خبری و موسیقی به ترتیب در حالت حافظه پنهان نرم درحدود ۷۵ و ۷۶ درصد می‌باشد. چنین مضمونی معرف آن است که سیستم VoD قابلیت ذخیره حداکثری ۷۵ درصد از پهنای باند سرور را خواهد داشت. 

۴ـ۳٫ تاثیرات رفتار کاربران بر روی مقیاس پذیری سیستم در سرویس VoD مبتنی بر- P2P

تاکنون، ما مقیاس پذیری سیستمی سرویس VoD مبتنی بر- P2P با انواع حافظه پنهان مختلف و الگوریتم های جایگزینی پنهان را مورد بحث قرار داده ایم. در اینجا، ما اقدام به مشخص نمودن تاثیر رفتار کاربران بر روی عملکرد سیستمی‌خواهیم نمود.

۱ـ۴ـ۳٫ تاثیر تعداد کاربران هم زمان آنلاین

همانگونه که در شکل ۱۲ نشان داده شده است، به هنگامیکه اندازه حافظه پنهان در کلاینت ها نامحدود باشد، منحنی SSB با توجه به تعداد کاربران هم زمان آنلاین برای هر دو دسته اخبار و موسیقی، بدون توجه به فعال شدن کش نرم یا سخت، افزایش خواهد یافت. این نتیجه معرف آن است که سیستم های VoD مبتنی بر- P2P ارائه دهنده یک ویژگی مطلوب «خود مقیاس پذیری» می‌باشند، چرا که ظرفیت سرویس با توجه به رشد مقیاسی کاربران افزایش خواهد یافت. در واقع، از این شکل مشخص می‌باشد که در نقطه یکسان کاربران هم زمان آنلاین SSB دسته اخبار بالاتر از موسیقی قرار می‌گیرد، که علت آن نیز به واسطه ازدحام جمعیت درخواست کننده برای کلیپ های خبری خواهد بود، که در ذیلا تشریح می‌گردد.

۲ـ۴ـ۳٫ تاثیر سیر ارتقای معروفیت و چولگی

همانگونه که بحث شد، ارتباط مستقیمی ‌بین معروفیت درخواست و مقیاس پذیری سیستمی‌در شبکه های P2P مشارکتی وجود دارد. بنابراین، ما سعی خواهیم نمود تا نسبت به بررسی تاثیر تفاوت های معروفیت در بین کلیپ های ویدیوئی در مبحث مقیاس پذیری سیستمی‌اقدام نماییم. ما نشان خواهیم داد که میانگین SSB در برابر تعداد درخواست ها کلیپ ها در شکل ۱۳ قابل توجه می‌باشد. توجه داشته باشید که همتایان قابلیت تعامل با یکدیگر را تنها هنگامی‌خواهند داشت که آنها به یک کلیپ خاص علاقه داشته باشند. بنابراین، در صورتی که درخواستی برای یک کلیپ ویدیوئی خاص کم باشد، فرصت تعامل بین همتایان نیز اندک خواهد بود و بنابر این سیستم نشان دهنده مقیاس پذیری ضعیفی می‌باشد. همانگونه که در شکل ۱۳ مشخص شده است SSB کلیپ‌های ویدیوئی با درخواست های بیشتر بالاتر از درخواست های غیر مشهور خواهد بود.

۳ـ۴ـ۳٫ تاثیر رجوع کاربران و درخواست های مکرر

جهت درک یک بینش قابل توجه در زمینه تاثیر رجوع کاربران و درخواست های مکرر، ما این موضوع را مورد بررسی قرار می‌دهیم که آیا قطغات ویدیوئی درخواستی به وسیله حافظه پنهان محلی یا بوسیله دیگر همتایان فعال می‌شوند. شکل ۱۴ نشان دهنده LCHR در برابر اندازه کش برای دسته بندی های خبری و موسیقی است. LCHR دسته بندی موسیقی، معرف میزان بسیار بیشتری در مقایسه با اخبار خواهد بود، چرا که کاربران به احتمال بیشتری اقدام به درخواست کلیپ های ویدیوئی موسیقی برای بیش از یک بار خواهند نمود. به علاوه، ما همچنین در می‌یابیم که در مورد کش سخت، افزایش LCHR دسته بندی موسیقی بسیار بزرگتر از نوع اخبار می‌باشد، که بواسطه رجوع بالاتر کاربران و درخواست های تکراری بیشتر در خلال نشست های مختلف  است. بعلاوه، شکل ۱۵ نشان دهنده PCHR در برابر اندازه کش برای این دو دسته بندی می‌باشد. از آنجایی که قطعات بیشتر دسته موسیقی به وسیله حافظه پنهان محلی فعال می‌شوند، PCHR موسیقی در این مبنا کوچکتر از نوع اخبار خواهد بود. الگوریتم جایگزین حافظه پنهان FIFO است که در شکل های ۱۴ و ۱۵ نشان داده شده‌اند.

۴-۴-۳٫ مزیت سیستم ها از تعمیم مدت آنلاین کلاینت ها

به طور شهودی، در صورتی که یک کلاینت برای مدت طولانی، پس از آن که یک نشست اتمام برسد، به صورت آنلاین باقی بماند، محتوای کش یا حافظه پنهان این مشتری را می‌توان برای دیگر کلاینت ها به کار گرفت. در غیر این صورت، در صورتی که مشتری آفلاین شود دیگر سودی در زمینه مقیاس پذیری سیستمی ‌وجود نخواهد داشت. بر این مبنا انگیزه اصلی ما تعمیم یا انبساط مدت آنلاین بودن مشتری ها می‌باشد و بدین سان اقدام به ترسیم مشخصه‌های SSB در مبحث تعمیم زمان آنلاین مشتریان در شکل ۱۶ نموده‌ایم که در آن محور- X مدت تعمیم یافته‌ای است که بر مبنای تصور ما مشتریان پس از انجام نشست های خود همچنان باید در سیستم باقی بمانند. در این شبیه سازی ها، اندازه کش در سمت کلاینت ۳۶۰۰ ثانیه و الگوریتم جایگزینی FIFO خواهد بود. ما می‌توانیم مشاهده نماییم کهSSB، به صورت متمایز در کلیه موارد و به هنگامیکه مدت حضور آنلاین تعمیم یافته باشد، افزایش خواهد یافت. این نتیجه خوشبینانه مؤکد آن است که یک مکانیزم قابل توجه که به خوبی طراحی شده است می‌تواند سبب ترغیب کاربران به آنلاین ماندن شود، مخصوصا در زمانی که به طور حقیقی نمی‌خواهند از سیستم خود استفاده نمایند، تا بدینوسیله مقیاس پذیر سیستمی ‌به میزان قابل توجه ای ارتقا یابد.

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

۴- تحقیقات مرتبط

در خلال سالیان گذشته، استریمینگ زنده مبتنی بر ـP2P به عنوان یک مبحث تحقیقاتی بسیار داغ مطرح بوده و مقیاس پذیری آن قبلاً از نقطه نظر تجربه صنعتی مورد آزمایش قرار گرفته است. یک تحقیق متناسب در [۱۶] ارائه شده است. اما برای سرویس VoD مبتنی بر- P2P، با وجود آنکه قبلاً تعدادی از دیدگاه های P2P در تحقیقات قبلی پیشنهاد شده اند [۷], [۸], [۹], [۱۰], [۱۱]، مقیاس پذیری آن به دقت تحت حجم‌های حقیقی کاری VoD مورد بررسی قرار نگرفته و بنابراین تاکنون این مبحث از وضوح آشکاری برخوردار نشده است. بر این اساس، چنین مقوله ای در این مطالعه کنونی مورد کنکاش قرار گرفته است. در [۷] ، کلاینت ها به تولید کننده‌ها و بکار گیرندگان طرح های مرتبط با حافظه پنهان یا کش نمودن اطلاعات گروه بندی شده تا بر این اساس یک جریان ویدیوئی قابل توجه در بین همتایان پایه گذاری شود. در [۸]، یک تکنیک تعمیمی توزیعی جهت تعامل مشارکتی با محتویات جریان ویدیوئی برای مشتریان عرضه شده است. در [۹]، یک مکانیزم چند بخشی استریمینگ نامتقارن لایه ـ کاربردی جهت مخاطب قرار دادن مشکل توزیع رسانه ای بر حسب تقاضا طراحی شده است. در[۱۰]، یک سیستم استریمینگ مدیای P2P مبتنی بر گیرنده پیشنهاد شده است که اقدام به هماهنگی بین همتایان، استریم سازی یا بجریان اندازی رسانه از سوی همتایان متعدد، اعمال تراز باری و اعمال و نظارت بر رویه آنلاین / آفلاین شدن همتایان در سمت کلاینت می‌نماید. در [۱۱]، BASS  یک سیستم دو سیلابی جهت پشتیبانی از سرویس های VoD مقیاس بزرگ را مورد استفاده قرار می‌دهد. کلیه این دیگاه ها بدین موضوع نیاز خوهند داشت که کلاینت ها اقدام به کش نمودن قطعات ویدیوئی و مشارکت در امر رله نمودن آنها در تعامل با یکدیگر نمایند و بنابراین چنین موضوعی را می‌توان به صورت نسبی با استفاده از چارچوب سیستمی ‌ما مدل سازی نمود. به عنوان یک تعریف در این مقاله ما می‌توانیم مشخص نماییم که کش یا حافظه پنهان نرم در [۷]، [۸] و [۹] استفاده شده است، در حالیکه کش سخت در [۱۰] [۱۱] بکار گرفته شده است. تحقیق ما در مقاله جاری به عنوان یک رویه تکمیلی در زمینه تحقیقاتی است که ارائه دهنده ایده‌های جامعی در خصوص مقیاس پذیری عملی سرویسVoD مبتنی بر- P2P می‌باشند.

مقیاس برحسب تقاضای ویدیویی نظیر به نظیر

۵- نتیجه گیری

شبکه های نظیر به نظیر (P2P) به عنوان یک روش امید دهنده جهت ارائه سرویس VoD دارای مقیاس بزرگ در اینترنت ظهور نموده اند. با این حال، با وجود آنکه تعدادی از معماری ها و پروتکل های این مبحث معرفی و پیشنهاد شده اند، مقیاس پذیری عملی سرویس VoD مبتنی بر- P2P بر مبنای رفتار واقعی کاربران به خوبی تحت مطالعه و بررسی قرار نگرفته است و هنوز نیز نکات مبهمی ‌در این زمینه وجود دارند. در این مقاله، ما اقدام به بررسی مقیاس پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P تحت رفتار واقعی کاربران نموده ایم که از آثار حقیقی سرویس  VoD خلاصه شده‌اند، پس از آن سعی خواهیم نمود تا تاثیر رفتار کاربران در زمینه مقیاس پذیری سیستمی‌ را مشخص نماییم. این مقاله به طور الزامی‌شامل دو بخش خواهد بود.

در بخش اول، ما اقدام به تجزیه و تحلیل آثار حقیقی میلیون ها مورد از درخواست کاربران، از طریق سرویس عمومی VoD، متعلق به ایستگاه تلویزیونی چین به نام CCTV، در خلال یک دوره ۵۰ روزه، نمودیم تا آنکه ویژگی های کلیدی رفتار کاربران که به طور بالقوه بر روی مقیاس پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P تاثیر می‌گذارد را مشخص نماییم. این تجزیه و تحلیل به صورت مجزا برای دسته بندی های خبری و موسیقی انجام پذیرفته و ویژگی های مختلف رفتار کاربران را بشرح ذیل شامل شده است: تعداد کاربران هم زمان آنلاین، تعاملات بینابینی کاربران، سیر تکاملی معروفیت و چولگی کلیپ های ویدیوئی همراه با رجوع مجدد کاربران و درخواست های مکرر.

در بخش دوم، ما نسبت به انجام شبیه سازی های نشانه – مبنانه گسترده جهت ارزیابی مقیاس پذیری سیستم VoD مبتنی بر- P2P، تحت رفتار حقیقی کاربران، اقدام نمودیم. از طرف دیگر، ما نتایج شبیه سازی تحت انواع مختلف حافظه های پنهان یا کش و همچنین الگوریتم های جایگزینی این حافظه را ارائه نموده تا آن که ایده های جایگزین، در زمینه های مقیاس پذیری سیستمی و ‌در مجموعه های مختلف، را به دست آوریم. از طرف دیگر، ما اقدام به مقایسه نتایج شبیه سازی برای دسته های اخبار و موسیقی نموده و بر این مبنا تاثیرات ویژگی های مختلف رفتار کاربران در زمینه مقیاس پذیری سیستمی ‌را مشخص نمودیم.

ما عقیده داریم که این یافته ها، که از تجزیه و تحلیل و شبیه سازی های موجود در این مقاله نشات گرفته اند، کمک خواهند نمود تا درک بهتری در زمینه رفتار کاربران، در سرویس VoD و تاثیرات آنها بر روی مقیاس پذیری سرویس VoD مبتنی بر- P2P، حاصل آید و علاوه بر این قابلیت استفاده از این مبحث، جهت راهنمایی مرتبط با طراحی و بهینه سازی سیستم های آتی، وجود داشته باشد.

در تحقیقات آتی، ما اقدام به بررسی عملکرد سیستمی ‌سرویس VoD مبتنی بر- P2P در معماری‌های پیچیده تر خواهیم نمود. به طور مثال، ما سعی خواهیم نمود تا با استفاده از آثار خود، نسبت به ارزیابی عملکرد یک لیست جست/ اسکیپ دینامیکی پیشنهادی جدید (DSL)، تحت رفتار عملی کاربران، اقدام نماییم. به علاوه، ما اقدام به طراحی یک سیستم مطالعاتی تحلیلی در زمینه عملکرد سرویس VoD مبتنی بر- P2P خواهیم نمود.