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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