ES2541453T3 - Método y dispositivo para la disposición centralizada de pares en redes superpuestas P2P - Google Patents

Método y dispositivo para la disposición centralizada de pares en redes superpuestas P2P Download PDF

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Abstract

Método para disponer una pluralidad de pares en niveles de distribución en una red P2P con respecto a una fuente de transmisión continua, comprendiendo el método: disponer (S201) al menos un par de la pluralidad de pares que tienen una capacidad de carga más alta en el nivel de distribución más cercano a la fuente de transmisión continua; disponer (S202) los pares restantes de la pluralidad de pares en niveles de distribución posteriores en orden descendente de capacidad de carga, de manera que cada par tenga una capacidad de carga que no supere la capacidad de carga de cualquier par en un nivel inmediatamente anterior, estando los pares dispuestos además de tal manera que toda la capacidad de carga de los pares en cualquier nivel de distribución sea igual que o superior a la demanda de descarga total de los pares en un nivel inmediatamente posterior, y si se ha superado un número máximo permitido predeterminado de niveles de distribución; el método se caracteriza por que comprende: mover (S203) al menos uno de los pares que tiene una capacidad de carga inmediatamente superior al nivel de distribución más cercano a la fuente de transmisión continua y conectar una pluralidad de pares de niveles posteriores a dicho al menos uno de los pares que tiene una capacidad de carga inmediatamente superior de manera que se utiliza toda la capacidad de carga inmediatamente superior; y además volver a disponer (S204) al menos un par seleccionado dispuesto en un nivel posterior al más cercano a la fuente de transmisión continua y conectar el al menos un par seleccionado a dicho al menos un par que tiene la mayor capacidad de carga de manera que la mayor capacidad de carga se utiliza completamente, hasta que ya no se supere el número máximo predeterminado de niveles de distribución.

Description

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más alto que el máximo permitido, el dispositivo de registro de seguimiento se mueve al paso S203. En el paso S203, al menos uno de los pares que tiene una capacidad de carga inmediatamente superior se mueve al nivel de distribución más cercano a la fuente de transmisión continua y además una pluralidad de pares de los niveles posteriores se conecta al par con la capacidad inmediatamente superior a fin de aprovechar al máximo su capacidad de carga. Cabe señalar que el par con la capacidad inmediatamente superior puede tener la misma capacidad de carga que el par con la máxima capacidad anteriormente mencionado que se colocó en un principio en el nivel más cercano a la fuente de transmisión continua. Cuando inicialmente se dispone un par con la capacidad más alta en el nivel más alto aguas arriba, la pluralidad de pares a disponer puede comprender una serie de pares con la mayor capacidad que tienen la misma capacidad de carga, lo que significa que al menos un par con la capacidad más alta es recogido y colocado en el primer nivel, mientras que uno o más pares que tienen la misma capacidad más alta se pueden colocar en el segundo nivel (y así sucesivamente). Por otra parte, en el paso S204, al menos un par seleccionado en un nivel posterior al más cercano a la fuente de transmisión continua se vuelve a disponer y se conecta al par que tiene la mayor capacidad de carga de tal manera que se utiliza toda la capacidad de carga del par que tiene la capacidad de carga más alta. Este paso se repite hasta que ya no se sobrepasa el número máximo predeterminado de niveles de distribución. A medida que se añaden pares a la red P2P, los pasos S203 y S204 se repiten continuamente.
El método de disposición de pares de acuerdo con la realización de la presente invención ilustrada en la figura 4 se analizará más detalladamente con referencia a las figuras 5 a 8. En esta realización ejemplar particular, 41 pares están dispuestos en una red P2P. La capacidad de carga de los pares se indica con u. En este contexto, u se define como el número de cargas simultáneas por par y se determina mediante la distribución del ancho de banda pb< y la tasa binaria br. El número de cargas simultáneas por par es así calculado como u = pbw/br. A modo de ejemplo, si a un par dado se asigna a un ancho de banda de 1 Mb/s y la tasa binaria de transmisión continua es de 200 kB/s, el par puede efectuar la carga simultáneamente para otros cinco pares. Con referencia a la figura 5, un par p1 puede efectuar la carga para otros cuatro pares (u = 4), cuatro pares p2 a p5 tienen una capacidad de carga de u = 3, cada uno de doce pares p6 a p17 es capaz de efectuar una carga para otros dos pares (u = 2), y, finalmente, 24 pares p18 a p41 pueden conseguir puesto para un solo par (u = 1). En la realización ejemplar de las figuras 5 a 8, el máximo número permitido de niveles de distribución, mfila’ es tres.
Por tanto, en un primer paso, el par p1 que tiene la mayor capacidad de carga, u = 4, se dispone en el nivel de distribución más cercano a la fuente de transmisión continua SS. A partir de entonces, los pares restantes se disponen en niveles de distribución posteriores en orden descendente de la capacidad de carga de tal manera que cada par tiene una capacidad de carga que no supera la capacidad de carga de un par en un nivel inmediatamente anterior. Por tanto, los cuatro pares p2 a p5 que tienen u = 3 se disponen aguas abajo del par p1 con la capacidad más alta, aunque aguas arriba de los doce pares p6 a p17 que tienen u = 2, etc.
Además, los pares se disponen de manera que toda la capacidad de carga de los pares en cualquier nivel de distribución sea igual que o superior a la demanda de descarga total de los pares en un nivel inmediatamente posteriormente. Por ejemplo, la demanda total de descarga de los pares p18 a p41 en el cuarto nivel de distribución no debe sobrepasar la capacidad de carga de los pares p6 a p17 en el tercer nivel. Además, para mantener ahorros óptimos, la capacidad de carga de cualquier par en cualquier nivel de distribución dado no debe ser menor que la de un par en un nivel posterior, como se ha analizado previamente. Como puede verse en la figura 5, el máximo número de niveles de distribución permitidos en la red mfila = 3, se supera.
Así, con referencia a la figura 6, se emprende una segunda iteración en la que un par p2 con una capacidad inmediatamente superior se mueve al primer nivel en el que inicialmente se colocó el par p1 con la capacidad de carga más alta, mientras que se mantiene la conexión con los pares p6 a p8 (e indirectamente con los pares p18 a p23) en los que el par p2 con una capacidad inmediatamente superior carga contenido de datos para los niveles posteriores. Cabe señalar que este mantenimiento de conexiones no es estrictamente necesario, aunque puede ser deseable dado que se cumplen las demás condiciones para la disposición de los pares. Además, al menos un par seleccionado p17 en un nivel posterior al más cercano a la fuente de transmisión continua SS se vuelve a disponer y se conecta al par p1 que tiene la mayor capacidad de carga de manera que se utiliza toda la capacidad de carga (u = 4) del par p1 mientras que la conexión de los pares p17 con los pares p40, p41 se mantiene. Además, el par p39 se mueve aguas arriba para conectarse al par p5. Dado que todavía se sobrepasa el número máximo de niveles permitidos, se emprende una tercera iteración.
Con referencia a la figura 7, un par p3 con una capacidad de carga inmediatamente superior se mueve así al primer nivel en el que se colocó inicialmente el par p2 con la capacidad de carga más alta, mientras que se mantiene la conexión con los pares p9 – p11 (e indirectamente con los pares p24 – p29) en los que el par p3 con una capacidad inmediatamente superior carga contenido de datos para los niveles posteriores (de nuevo no es estrictamente necesario). Además, al menos un par seleccionado p12 en un nivel posterior al más cercano a la fuente de transmisión continua SS se vuelve a disponer y se conectada al par p1 que tiene la mayor capacidad de carga de manera que se utiliza toda la capacidad de carga (u = 4) del par p1 mientras que la conexión de los pares p12 con los pares p30, p31 se mantiene. Además, el par p38 se mueve aguas arriba para conectarse al par p4. Dado que todavía se sobrepasa el número máximo de niveles permitidos, se emprende una cuarta iteración.
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de filas permitidas en la red. En la realización ejemplar descrita en relación a las figuras 5 a 8, mu = 4 y mfila = 3. En este modelo, el valor de mfila establece las limitaciones de la calidad de la experiencia del usuario con respecto al retardo de reproducción. Teniendo en cuenta que hay N pares en la red, Ni se define como el número de pares con el tipo de ancho de banda de carga i y, por tanto Σi Ni debería ser igual a N. Cada tipo de ancho de banda i está asociado a una capacidad de carga ui expresada en unidades de subsecuencias.
Por tanto, la variable del problema MIP xij puede definirse como el número de pares en el nivel de distribución j y el tipo de capacidad de carga i. Además, xs se define como el ancho de banda requerido desde el servidor de transmisión continua. El objetivo principal es reducir al mínimo la carga en el servidor de transmisión continua. Un objetivo secundario es reducir al mínimo tanto como sea posible el número total de filas, es decir, es preferible colocar los pares en los niveles aguas arriba cerca de la fuente de transmisión continua que en los niveles aguas abajo de la red.
Una limitación, es decir, una condición que debe cumplirse como se ha descrito anteriormente, es que toda la capacidad de carga de los pares en cualquier nivel de distribución dado debe ser mayor que o igual a la demanda de descarga total de los pares dispuestos en el nivel inmediatamente posterior:
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En una realización de la presente invención, con el fin de compensar el fallo u oscilación de pares, se introducirá un factor de seguridad que es la relación entre toda la capacidad de carga para los pares de un nivel de distribución particular y la demanda de descarga requerida de los pares en el nivel de distribución inmediatamente posterior. Así, la desigualdad en la ecuación (1) se modifica para incluir el factor de seguridad. El factor de seguridad Sf se determina en base al exceso de capacidad requerida entre los dos niveles de distribución, es decir, si se desea un 20% de exceso de capacidad, entonces el factor de seguridad se establece en 1,2. De manera ventajosa, puede haber un valor de factor de seguridad diferente para cada fila j y su valor sería Sf(j). Por lo tanto, la desigualdad modificada (1) sería:
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Como se puede deducir, a cada nivel se le asigna más ancho de banda de lo que sería requerido por los pares en el siguiente nivel. La idea de tener un factor de seguridad es que los pares pueden ser redirigidos a franjas de factores de seguridad disponibles si un par de carga en un nivel particular no ha proporcionado un par demandante con contenido de datos. Esto se puede hacer de manera instantánea sin necesidad de realizar ningún cambio en la estructura de árbol de la red.
Como se ha muestra en la realización ejemplar del método de acuerdo con la presente invención descrita con referencia a las figuras 5 a 8, los pares con la capacidad de carga más alta se sitúan en los niveles aguas arriba más cercanos a la fuente de transmisión continua mientras que el número de niveles de distribución en la red P2P se mantiene bajo para reducir el retardo de reproducción. Un número máximo permitido de niveles de distribución mfila no debe ser sobrepasado cuando los pares se han dispuesto en la red P2P. De ese modo, se ha desarrollado una
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heurística que funciona con una lista de pares ordenados en orden descendente con respecto a su capacidad de carga. Se añaden pares de manera gradual procedentes de la lista a la primera fila. Después de cada adición de pares, se comprueba si la colocación resultante de los pares sobrepasa el número máximo predeterminado de niveles de distribución mfila.
En una realización de la presente invención, en lugar de añadir un par al nivel de distribución más próximo a la fuente de transmisión continua, se puede usar cualquier número 2, 3, 4, etc., para acelerar el proceso de disposición de pares. De ese modo, en lugar de añadir (o mover hacia arriba) un solo par al primer nivel, se añaden/mueven 2, 3, 4 o más pares para cada iteración emprendida si se desea un aumento lineal. Además, en caso de que se desee un aumento exponencial, el número de pares añadidos/movidos puede, por ejemplo, duplicarse para cada iteración.
Aún en otra realización, un límite superior en el número de pares en el primer nivel requeridos para transmitir a todos los pares de la red se puede calcular dado el número máximo permitido de niveles mfilas. Este valor se calcula suponiendo que el número de pares en el primer nivel es n1, los pares en el segundo nivel ascienden a n1f, y el número de pares en el tercer nivel es n1f2, y así sucesivamente, en donde f indica el denominado grado de cargabilidad de salida, es decir, la capacidad media de carga de pares en la red, que se calcula como:
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La suma de los pares dispuestos en la red que tienen niveles de distribución de mfilas puede calcularse así como:
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Por tanto, si la red P2P va a comprender N pares, entonces el número máximo de pares en la fila del primer nivel de distribución debe ser:
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Esto pondría de manera ventajosa un límite superior en el número de pares requeridos en el primer nivel de distribución, ya que este es el nivel al que se mueven los pares desde el nivel posterior (como se ha mostrado en las figuras 5 a 8) cuando los pares se disponen de manera que no se sobrepasa mfila. Esto es ventajoso, especialmente en grandes redes con, por ejemplo, cientos de miles de pares. En lugar de comenzar con un pequeño número de pares en el primer nivel y luego añadir más pares de forma gradual, el número máximo de pares se coloca en el primer nivel.
Una vez que se determina xij, es decir, el número de pares en el nivel j con el tipo de ancho de banda i, esto puede ser usado para deducir una probabilidad conjunta de nivel de distribución y capacidad de carga p(u, d) con la que se ajustan los pares de la red P2P al dividir xij entre Σi Σj xij, donde d representaría el nivel de distribución j y u representaría el tipo de ancho de banda i.
La figura 9 ilustra la probabilidad conjunta de nivel de distribución y capacidad de carga p(u, d). La parte izquierda superior de la figura 12 muestra una red P2P en la que se disponen pares en los niveles primero, segundo, tercero y cuarto con respecto a una fuente de transmisión continua. Además, los pares de la red tienen una capacidad de carga de entre u = 0 y u = 3. La parte inferior izquierda de la figura 9 ilustra la probabilidad conjunta p(u, d) en el eje z, mientras que el eje y representa la capacidad de carga y el eje x representa el nivel de distribución de los pares en la red P2P. La parte inferior derecha de la figura 12 muestra una versión discreta de una distribución p(d) (ilustrada previamente en la figura 4) derivada de la distribución p(u, d) que se muestra en la parte inferior izquierda. Es decir, la distribución p(d) se forma agregando las masas de probabilidad en cada nivel de distribución. De forma análoga, una distribución p(u) podría formarse agregando las masas de probabilidad en cada medida de capacidad de carga.
Si el nivel de distribución y la capacidad de carga se modelan como variables de probabilidad conjunta, es posible lograr incluso mejores resultados en la determinación de nivel de distribución de un par entrante. La distribución de
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