Peer-to-peer (P2P) technology has been broadly utilized in various services such as file sharing, multimedia content distribution and real time communication. Although file sharing services occupy the most traffic among those services, it is also widely accepted that P2P approaches in multimedia content delivery services are efficient ways to serve content because it reduces server management costs.
Multimedia content distribution is one of the most popular services available on the Internet, and several approaches have been developed to satisfy user requirements and reduce server load. IP multicast is one efficient mechanism for distributing content to multiple users with minimal server and network loads. Because its single stream of data is transmitted simultaneously to multiple users, IP multicast is well-suited for real-time broadcasting. However, it is difficult to offer on-demand multimedia services with IP multicast in which users request content without synchronization. In this thesis, we propose an on-demand based peer-assisted multimedia delivery system using IP multicast. In our system, the multimedia server starts multicasting content upon receiving the first content request. Subsequent users then join the multicast session at any time during the transmission. The content that subsequent users have missed is provided by the users (peers) that joined earlier, or by server unicasts. To minimize server load, the optimal multicast starting points are quantitatively analyzed. Through simulation, it is showed that the proposed system outperforms prior related systems based on peer-to-peer delivery and multicasting.
On the other hand, Internet usage has been increasingly shifting toward massive content retrieval and distribution. To satisfy the demand, information-centric networking (ICN) approaches have emerged. These approaches have common features such as in-network caching and the decoupling of content and location to enable efficient content delivery. In the second part of this thesis, we investigate the performance issue of file sharing in ICN. Compared to web and user generated content (UGC), file sharing entails relatively low request rates, but much larger content. These characteristics make it difficult for file sharing traffic to take advantage of in-network caching while competing with web and UGC traffic. For scalable and efficient file sharing, a peer-aware routing (PAR) protocol is designed to utilize peers’ storage in ICN. PAR uses a name-based shared tree without additional name resolution service. The shared tree is built at a network layer to connect peers for the same purpose, allowing a peer to discover the nearest peer holding the requested content in the tree. To evaluate the proposed PAR protocol, large-scale simulation was conducted with a BitTorrent trace over the Internet-scale topology. It is showed that PAR protocol can substantially reduce inter-domain traffic, while keeping network overhead low.
피어-투-피어(P2P) 기술은 대용량 파일 공유, 멀티미디어 전송, 실시간 통신과 같은 여러 분야에서 폭넓게 활용되어 왔다. 파일 공유 서비스가 전체 P2P 트래픽 중 상당히 많은 부분을 차지하지만 멀티미디어 서버의 비용을 줄일 수 있다는 측면에서 멀티미디어 전송 서비스 분야에서도 많이 활용되고 있다. 멀티미디어 전송 서비스는 현재 인터넷 서비스들 중 가장 많이 사용되는 서비스이다. 이러한 서비스를 제공하는 과정에서 서버와 네트워크의 로드를 줄이고자 하는 연구가 많이 진행되어 왔다. IP 멀티캐스트는 그 중 한 기술로, 한 번의 전송으로 여러 사용자에게 동시에 데이터를 전송하는 기술이다. 데이터의 동시성 때문에 실시간 방송 분야에서 활용될 수 있다. 하지만 IP 멀티캐스트의 이러한 동시성은 IP 멀티캐스트가 on-demand 방식, 즉 요청이 발생했을 때 각각의 사용자에 따로 데이터를 전송하는 서비스에는 적합하지 않다. 본 학위 논문에서는 IP 멀티캐스트를 활용한 on-demand 사용자 도움형 멀티미디어 전송 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 제안하는 시스템에서는 멀티미디어 서버는 최초 사용자 요청 이후에 IP 멀티캐스트를 시작한다. 이후에 시작하는 사용자들은 이미 존재하는 멀티캐스트 스트리밍에 참여하여 멀티캐스트로부터 데이터를 전송받는다. 이미 진행되어 받지 못한 부분에 대해서는 다른 사용자로부터 전송받거나, 수가 부족한 경우 서버로부터 받는다. 서버로드를 최소화하기 위하여 최적의 멀티캐스트 시작 시간을 수학적으로 분석하였고, 시뮬레이션과 실험을 통해 본 논문에서 제안하는 시스템이 기존에 존재하는 P2P, 멀티캐스트 기반 전송 기법에 비해 더 좋은 성능을 보임을 확인하였다.
한편, 요즘 추세인 대용량 데이터 전송을 돕기 위하여 정보 중심 네트워크 (Information-centric networking, ICN)이라는 기술이 등장하였고, 몇몇의 공통의 성질을 가진 여러 기술들이 제안되었다. 이 기술들은 효율적인 데이터의 전송을 위해 네트워크 캐쉬(in-network caching)와 데이터-저장공간의 분리라는 두 가지의 성질을 공유한다. 학위논문의 두 번째 파트에서는 이러한 ICN에서의 효율적인 파일 공유 기술에 대해 연구하였다. 웹이나 사용자 생산 컨텐트(UGC)에 비해 파일 공유 서비스는 요청 빈도는 낮은 반면, 요청에 대핸 데이터의 크기는 매우 크다. 이러한 성질은 파일 공유 서비스가 다른 서비스들과 함께 경쟁할 때 네트워크 캐시의 이점을 덜 활용하게 한다. ICN에서의 확장 가능하고 효율적인 파일 공유를 위해 사용자 인식형 라우팅(Peer-aware routing, PAR)이라는 기법을 연구하였다. 이 기법은 사용자의 캐시 역시 적극적으로 활용할 수 있도록 네트워크 차원에서 도움을 주는 것을 목표로 한다. PAR는 추가적인 콘텐트 명명 기법을 요구하지 않고 기존에 ICN에서 사용되는 명명 기법들을 활용할 수 있다. PAR는 시스템에 참여한 사용자들 간의 공유 트리를 형성하여 트리 상에서 요？한 콘텐트를 가진 가장 가까운 다른 사용자나 네트워크 캐쉬를 찾는다. BitTorrent와 인터넷 스케일의 토폴로지를 활용하여 시뮬레이션을 구성해 PAR 프로토콜의 성능을 확인하였고, 네트워크의 부하는 낮게 유지한 상태로 도메인 간의 트래픽을 줄임을 확인하였다.
