Elosztott P2P fájlmegosztó rendszerek teljesítményének modellezése és tanulmányozása

Elosztott P2P fájlmegosztó rendszerek teljesítményének modellezése és tanulmányozása

Absztrakt

A dolgozat célja az, hogy felállítsuk a P2P fájlmegosztó folyamatok működésének egy sztochasztikus modelljét, majd a modell alapján a rendszer teljesítőképességét és skálázhatóságát tanulmányozzuk. Ezen analízis és a szimulációs eredmények alapján megállapítható a szükséges szerverkapacitás, a megfelelő cache-stratégiát annak érdekében, hogy a P2P-rendszer felhasználói minél gyorsabb letöltésben részesüljenek. Ezek az eredmények megmutatják a rendszer skálázhatóságát is.

A szerverkapacitás minimalizálása és a skálázhatóság érdekében a P2P rendszerekben a felhasználók (a továbbiakban: peer-ek) egymástól töltenek le információkat (a továbbiakban: csomagok). Abban az esetben, ha egy peer nem tud más peer-től csomagot szerezni, a szerverhez fog fordulni. A nem megfelelően megválasztott letöltési és tárolási mechanizmusok esetén a szerver túlterhelődhet, amely a szolgáltatás minőségének a romlásához és végső soron a peer-ek visszautasításához vezethet. Ezzel szemben egy megfelelően tervezett rendszer minimalizálja a szerver terhelését és a rendszert skálázhatóvá teszi.

A P2P-rendszerekben a peer-születési ráta feltételezhetően Poisson eloszlást követ, amelyet egyetlen λ paraméter jellemez. A dolgozat fő célkitűzése, hogy analitikus kapcsolatot tárjon fel a minimális szerverkapacitás, a születési ráta, a cache-méret és a letöltési stratégiák között. A témával foglalkozó korábbi cikkekben ilyen analitikus megközelítés nem szerepelt, vagy túlegyszerűsített modellek alapján történt a rendszer modellezése. Ezt az analitikus kapcsolatot a rendszer sztochasztikus modelljéből vezetjük le, amely leírja a rendszer dinamikáját és kiszámolja az átlagos peer letöltési sebességeket.

A dolgozat struktúrája a következő:

• Első lépésben egy rendszermodell került bevezetésre, amelyben a peer-ek letöltési állapotát egy rekurzív képlettel követjük. Az állapotváltás az alkalmazott cache-stratégiától és az új peer-ek születési rátájától függ.

• Emellett egy komplex szimulációs szoftvercsomag is kifejlesztésre került, amely alkalmas a rendszer teljesítőképességének az analízisére, különböző születési ráták és alkalmazott cache-stratégiák esetén. A programcsomag képes kiszámolni a peer-ek különböző állapotok közötti eloszlását a teljes, előre kijelölt időintervallumban. Ráadásul, ki lehet rajzolni és tanulmányozhatóvá válik a peer-ek eloszlásának entrópiája, amely egy nagyon fontos minőségi jellemzője a rendszernek.

Ezen modellre alapozva levezethető a rendszer állapotátmeneti mechanizmusa és átlagos letöltési sebessége, amely a felhasználó számára meghatározza a szolgáltatás minőségét.

A különböző szimulációs eredmények megmutatják, hogy a rendszer teljesítőképessége nagyban függ az alkalmazott cache mérettől, a cache-stratégiától és a szerverkapacitástól, vagyis:

1) Determinisztikus cache-stratégia alkalmazása esetén a szerverkapacitás a születési ráta várható értékének legalább a kétszerese kell, hogy legyen.

2) Érdemes olyan cache-stratégiát választani, amely favorizálja a rendszerben egyébként ritkán megtalálható csomagok tárolását.

3) Általánosan elmondható, hogy a véletlenszerű csomagtárolási stratégia jobban teljesít, mint a determinisztikus.

A dolgozat eredményei lehetőséget biztosítanak arra, hogy a valós fájlmegosztó rendszerek cache-stratégiáit optimalizáljuk. Egy megfelelő tervezés eredményeképpen létrejött rendszer nagy valószínűséggel ellen fog állni masszív klienspopulációknak is.

A jövőbeli munka során modellünk kiterjeszthető lesz a hálózati kódolás alkalmazásával, amikor a peer-ek nem az eredeti csomagokat, hanem azoknak a hálózati kódolt verzióját töltik le. Ez remélhetően tovább növeli a rendszer skálázhatóságát és gyorsítja a letöltési sebességet.

szerző

• 
  Juhos Attila
  Mérnök informatikus szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulens

• 
  Dr. Levendovszky János
  egytemi tanár, Híradástechnikai Tanszék

helyezés