Coding Based Peer-to-Peer Content Distribution Network

Coding Based Peer-to-Peer Content Distribution Network. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
PhD_DisserationFinal28_04_2021.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 2 May 2022.

Download (4MB)

Arabic Abstract

تعتبر شبكات مشاركة الملفات باستخدام طريقة النظير للنظير هي الأكثر شهرة وانتشارا حول العالم. تُعرف طريقة التجميع الهوائي المشفر على أنها طريقة مساعدة في زيادة توفر بيانات الملفات وتسريع عملية التحميل وأخيرا الثبات والاستمرارية عند حدوث انقطاع في الاتصال ومغادرة مفاجئة لبعض النظراء. إلا أن طريقة التجميع الهوائي المشفر مع مميزاتها تعاني من ثقلها على معالج الحاسوب المركزي خاصة في عملية فك التشفير. لذلك تم اقتراح بعض الآليات التي تخفف من هذا الثقل ولكن على حساب جودة الكفاءة المتوقعة من عملية التجميع الهوائي المشفر. في هذا البحث قمنا بتطوير آلية تعتمد على طريقة التجميع الهوائي المشفر بحيث تحافظ على كفاءة عالية مع عدم زيادة الضغط على المعالج المركزي. التحليل النظري الرياضي والتجارب العملية أثبتت أن الآلية المقترحة تتفوق على جميع الآليات السابقة من حيث توفر بيانات الملفات، وسرعة التحميل، وسرعة فك التشفير. وأيضا قمنا بتطوير آلية تخفف من الأحمال الزائدة على شبكة الاتصال التي يسببها التجميع الهوائي المشفر. الآلية تعتمد على الحساب المعياري والأرقام الأولية. استطاعت الآلية المقترحة بدلا من إرسال صف كامل من المعاملات الرياضية مع كل حزمة بيانات, من إرسال معامل واحد مما يقلل الحمل الزائدة على الشبكة بشكل كبير. الآلية المقترحة وخلافا للآليات السابقة قابلة للتطبيق على مستوى واسع من الشبكات كشبكات الاستشعار اللاسلكي الصغيرة والشبكات السلكية ذات حزم البيانات الصغيرة وذات حزم البيانات الكبيرة جدا. نتائج التجارب العملية تشهد للآلية المقترحة بالتفوق الكبير في تقليل الأحمال الزائدة وتسريع التحميل وزيادة انتاجية الشبكة ، والتقليل من إرسال الحزم المكررة.

English Abstract

Peer-to-Peer (P2P) model has gained popularity as a promising technology for large scale file sharing, a.k.a content distribution networks. Network Coding (NC) is known as a helpful method for increasing the content availability, accelerating the download process, and robustness against churn in such networks. Originally, dense network coding (DNC) has been proposed and theoretically considered as an optimal solution. However, due to its huge computational overhead, it is not viable for real-world systems. Subsequently, sparse, generations, and overlapped generations network coding schemes are proposed as possible alternatives but at reduced performance compared to that provided by the DNC. This work is divided into two main parts. In the frst part, an improved applicable network coding scheme for P2P content distribution systems referred to therein as Super generation network coding (SGNC) is proposed. SGNC maximizes the generation size so that it is as close as possible to the optimal size without adding computational overhead. Theoretical analysis and experimental work show that SGNC outperforms classical and all previous coding based schemes for P2P content distribution systems in terms of content availability, download time, overhead, and decodability for all piece scheduling policies. In the second part, the problem of network coding coefficients overhead is revisited. A novel approach based on modular arithmetic and prime numbers is proposed to reduce the coefficients overhead by augmenting only one item coefficient of size two or maximum four bytes within the payload packet. The proposed approach successfully addresses all the limitations of the previous methods including the limitations on the generation size and density of the packets within the generation, rocoding at the intermediate nodes, and creating innovative coding vectors. Probabilistic theoretical analysis addresses questions about the proposed method and proves its viability and reliability. The experimental work is conducted for three diferent networks classes, i.e., Wireless Sensors Network (WSN) , Ethernet network with with 1500 packet size, and large scale P2P fle sharing network. The results show that the proposed method far outperforms all the previous methods in terms of coding coefficients overhead, download time, throughput, number of dropped packets on the receiver side.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Computer
Electrical
Department: College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor: Mahmoud, Ashraf S.
Committee Members: Sheltami, Tarek and El-Maleh, Aiman H. and Ahmed, Moataz
Depositing User: ABU DAGGA ANAS AHMED (g201202060)
Date Deposited: 03 May 2021 09:39
Last Modified: 03 May 2021 09:39
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141871