Analysis and optimization of video downloadon mobile devies
Pedro Merino, Alberto SalmerónUniversidad de Málaga
Índice
• Introducción
• Vídeo sobre TCP
• Análisis dirigido por objetivos
• Caso de estudio: análisis y optimización
• Conclusiones
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Introducción
• Análisis de sistemas de redes
• Corrección y rendimiento
• Objetivos: ausencia de interbloqueos, throughput mínimo…
• Análisis parametrizado
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Herramientas
• Model checking, simuladores de redes
• Formalismos y herramientas incompatibles
• Soluciones: extensión de formalismos, transformación de modelos…
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Nuestro enfoque
• Integración de herramientas: SPIN y ns-2
• Análisis parametrizado
• Objetivos (propiedades)
• SPIN genera y controla las simulaciones
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Trabajos relacionados
• ANSWER (Automated NS-2 WorkflowManagER)
• XML con declaración de variables y métricas
• Simulación completa de los escenarios
• Comparativa gráfica de los resultados
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Vídeo sobre TCP
• Popularidad de servicios multimedia
• Protocolos específicos: RTP…
• Vídeo sobre TCP: YouTube…
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TCP para entornos móviles
• Desafíos: degradación de la señal, cambios de celda, desconexiones…
• Freeze-TCP: recuperación rápida para desconexiones predecibles
• Requiere cambios en el cliente TCP (móvil) e información de la capa física (cross-layer)
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Aplicación de ejemplo
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Análisis dirigido por objetivos
• Análisis exhaustivo sobre escenario parametrizado
• Demasiado costoso para ser práctico
• Usar objetivos permite optimizar el análisis
• Resultado: configuración iniciales que han cumplido los objetivos
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Objetivos
• Fórmulas lógicas con operadores temporales
• Ej: “una vez que el cliente esta en el estado playing, no vuelve al estado buffering”
• Conocer el resultado de una simulación puede hacer que otras no se tengan que ejecutar
• Ej: “aumentar el buffer inicial en una simulación exitosa no afecta al resultado”
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Integración de herramientas
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Caso de estudio
• Análisis y optimización de vídeo sobre TCP en entornos móviles ante desconexiones
• Escenario parametrizado
• Variables: ventana TCP, segmento TCP, buffer inicial, aviso de desconexión, tiempo de desconexión
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Variables
Variable entorno Valores
Uptime 20 s
Downtime 100 ms – 1 s
Retraso 100 ms
Ancho de banda 384 Kbps
Variable protocolos Valores
Tamaño ventana TCP máx. 5 KB – 10 KB
Tamaño segmento TCP 0.1 KB – 0.3 KB
Tamaño buffer inicial 1 s – 10 s
Aviso de desconexión 0.2 – 2.0 RTTs de antelación
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Análisis
• Queremos evitar el rebuffering
• Objetivo: “simulaciones que lleguen al estado final, sin que vuelvan al estado stopped tras haber pasado por playing”
• Positivo: $status == 3
• Negativo: <> (playing && <> stopped)
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Resultados del análisis
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Resultados del análisis
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Tiempo de análisis
• 2.4 veces más rápido usando objetivos
• Ganancias dependientes del escenario y los objetivos
Propiedades Ninguna Objetivo Optimizacióny objetivo
Núm. estados SPIN 85367 17468 15860
Simulaciones ejecutadas 1100 1100 966
Simulaciones no ejecutadas - - 134
Objetivo cumplido - 169 169
Rechazadas por objetivo - 931 931
Tiempo total 351 s 146 s 122 s
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Optimización
• Escenario dinámico
• Cambio en las condiciones del enlace tras cada corte de conexión
• Reselección de parámetros TCP a partir de los resultados del análisis
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Resultados de la optimización
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Conclusiones
• Análisis exhaustivo de escenarios parametrizados
• Optimización mediante uso de objetivos
• Integración de model checking y simulación
• Orientado a rendimiento
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Trabajos futuros
• Interfaz gráfica
• Soporte de otros lenguajes de propiedades
• Soporte de procesadores multi-núcleo
• Integración con otros simuladores o implementaciones reales
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Referencias
• Holzmann, G.J.: The SPIN Model Checker: Primer and Reference Manual. Addison-Wesley Professional (September 2003)
• The Network Simulator - ns-2: http://www.isi.edu/nsnam/ns/. (February 2010)
• Andreozzi, M.M., Stea, G., Vallati, C.: A framework for large-scale simulations and output result analysis with ns-2. In: Simutools ’09: Proceedings of the 2nd International Conference on Simulation Tools and Techniques, ICST, Brussels, Belgium, Belgium, ICST (Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering) (2009) 1–7
• Goff, T., Moronski, J., Phatak, D., Gupta, V.: Freeze-TCP: a true end-to-end TCP enhancement mechanism for mobile environments. In: INFOCOM 2000. Nineteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and CommunicationsSocieties. Proceedings. IEEE. Volume 3. (Mar 2000) 1537–1545
• Merino, P., Salmerón, A.: Combining SPIN with ns-2 for protocol optimization. In: 17th International SPIN Workshop on Model Checking of Software, SPIN 2010. (2010) To appear
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