Ein Peer-to-Peer-basierter Ansatz für die Live-Übertragung multimedialer Datenströme

Stabilität und Netzwerkeffizienz sind die wichtigsten Eigenschaften von Verteilungstopologien bei der Peer-to-Peer-basierten Live-Übertragung multimedialer Daten. Die Stabilität, sowohl gegen zufällige Knotenausfälle als auch gegen gezielte Sabotageangriffe, ist Bedingung für einen kommerziellen Einsatz, eine hohe Netzwerkeffizienz Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit des erbrachten Dienstes. Ein zuverlässiger Lokalisierungsdienst mit niedrigen Antwortzeiten und die Prozedur zur Konstruktion von Verteilungstopologien sind die ausschlaggebenden Funktionsbereiche zum Erreichen dieser geforderten Eigenschaften. Bisherige Ansätze für Overlay-Streaming-Systeme fokussieren entweder auf die Konstruktion effizienter Topologien oder auf eine Stabilität gegenüber zufälligen Knotenausfällen. Diese Dissertationsschrift beschreibt einen neuen Ansatz für das Overlay-Streaming, der Topologien konstruiert, die sowohl netzwerkeffizient als auch stabil gegen zufällige Ausfälle und gezielte Angriffe sind. Der Beitrag der Arbeit gliedert sich in fünf Punkte. Es wird ein formales Modell zur Beschreibung von Lokalisierungs- und Streaming-Overlays entwickelt. Damit werden bestehende Metriken formal definiert und zwei neue Metriken vorgeschlagen: das hop_penalty, welches die Netzwerkeffizienz misst, und die Widerstandsfähigkeit als Metrik für die Angriffsstabilität von Streaming-Topologien. Mithilfe des Modells werden unterschiedliche Topologieklassen untersucht und zentrale Eigenschaften identifiziert, die die Effizienz und Stabilität der Topologien maßgeblich beeinflussen. Aus diesen Eigenschaften wird eine optimal stabile Topologieklasse für Streaming-Overlays abgeleitet. Sie wird darüber hinaus formal beschrieben, und es werden Prinzipien zu ihrer Konstruktion angegeben. Ein Lokalisierungsdienst, der sich durch hohe Trefferraten und niedrige Antwortzeiten auszeichnet, wird entworfen und spezifiziert. Schließlich wird mit dem Wissen über optimal stabile und effiziente Topologien eine verteilte Prozedur zur Konstruktion netzwerkeffizienter und stabiler Streaming-Overlays entwickelt. Sie optimiert Topologien anhand lediglich lokalen Wissens der Knoten und nutzt dazu eine Gesamtkostenfunktion, die einzelne Kostenmetriken sowohl zur Senkung der Abhängigkeiten zwischen Knoten und der Pfadüberdeckung als auch zur Minimierung der Pfaddistanzen kombiniert. So wird eine Optimierung der Topologien auf hohe Stabilität, hohe Netzwerkeffizienz oder eine einstellbare Abstimmung dazwischen ermöglicht. Zur Bewertung der vorgeschlagenen verteilten Prozeduren wird eine ausführliche Simulationsstudie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Lokalisierungsdienst durch geringere Antwortzeiten und eine höhere Trefferrate als vergleichbare Systeme auszeichnet. Die Bewertung der Prozedur zur Konstruktion von Streaming-Overlays erfolgt durch die Untersuchung der damit in Simulationen generierten Topologien auf ihre Netzwerkeffizienz und Widerstandsfähigkeit. Dabei kann nachgewiesen werden, dass die Prozedur sehr stabile oder sehr effiziente Topologien konstruiert und zusätzlich eine einstellbare Abstimmung zwischen Stabilität und Effizienz möglich ist.