Modelo Híbrido P2P para Transmissão de Vídeos ao Vivo

Modelo
Híbrido
para
Transmissão
de
Vídeos
ao
Vivo
utilizando
Peer-‐to-‐Peer
http://bem.tv
Wednesday, May 7, 14

‣ Flávio Ribeiro
‣ Engenheiro de Software (Globo.com - Webmedia)
‣ Aluno de Mestrado/Pesquisador (TeleMídia Labs)
‣ @ﬂavioribeiro
‣ http://ﬂavioribeiro.com

Agenda
‣ Motivação
‣ Background
‣ Pesquisa
‣ O que já foi feito?
‣ Conclusão eTrabalhos Futuros
‣ Referências

Motivação

‣ Crescimento da audiência na Internet & preferência dos usuários
por consumo de conteúdo de vídeo
Motivação

Motivação
‣ Red Bull Stratos 2012
‣ 8 milhões usuários simultâneos

Motivação
‣ Red Bull Stratos 2012
‣ 8 milhões usuários simultâneos
‣ FIFA Copa das Confederações 2013 para Brasileiros
‣ Quase meio milhão de usuários simultâneos

Motivação
‣ Qualidade dosVídeos disponibilizados na internet cresce
exponencialmente

Motivação
‣ Qualidade dosVídeos disponibilizados na internet cresce
exponencialmente
700#
1200#
3500#
0#
1000#
2000#
3000#
4000#
2006#FIFA#World#Cup## 2010#FIFA#World#Cup## 2014#FIFA#World#Cup#
Maximum'Delivered'Bitrate'
Bitrate#in#Kbps#

‣ Content Delivery Networks
Motivação

‣ Escalabilidade: CDNs escalam com a adição de pontos de
presença (PoP’s)
Motivação

presença (PoP’s)
‣ Custo: OYouTube gasta 1 milhão de dólares por dia!
Motivação

presença (PoP’s)
‣ Qualidade da Experiência (QoE)
Motivação

Rebuffers by Region and Telecom Carrier at Brazil. Globo.com, 2013.
Motivação

presença (PoP’s)
‣ Qualidade da Experiência (QoE)
Motivação
‣ “4 out of 5 users abandon a video if it rebuffers
during playback.” TubeMogul (December, 2009)

Video Stream Quality Impacts Viewer Behavior: Inferring Causality Using Quasi-Experimental Designs,
KRISHNAN S. Shunmuga.A. IEEE/ACM Transactions on Networking. 2013.
Motivação
‣ StartupTime x Abandonment Rate

Background

‣ Protocolos de Streaming Multimídia
‣ RTMP x HTTP
Background

‣ RTMP x HTTP
HTTP versus RTMP:Which way to Go and Why?, Cisco Whitepaper (October, 2011)
Background
RTP/RTSP/RTMP HTTP-Based
Mostly on top of UDP On top of HTTP
Specialized Media Servers
Segmenter + Ordinary
Web Servers
Low Delay High Delay

‣ RTMP x HTTP
Tempo Assistido mais usuários
na melhor
qualidade
Qualidade Média
Quality of Experience Report. Globo.com, 2013.
Background

‣ Protocolo baseado em HTTP
Background

video está segmentado!
Background

‣ HTTP Caching r
Background

‣ HTTP Caching r
‣ Transparent Proxies r
Background
$ curl -I "http://hls.glbvid.com/new/tvg/tvg_264/
tvg_1372204662819_1372204662819_1219.ts" HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx
Date:Wed, 26 Jun 2013 01:19:34 GMT
Content-Type: video/mp2t
Content-Length: 172584
Connection: keep-alive
Last-Modiﬁed:Wed, 26 Jun 2013 01:19:04 GMT Expires:Wed, 26 Jun 2013 01:24:14 GMT
Cache-Control: public

‣ HTTP Caching r
‣ Transparent Proxies r
‣ Delay Introduction s
Background

‣ HTTP Dynamic Streaming (HDS) by Adobe
‣ HTTP Live Streaming (HLS) by Apple (IETF Draft)
‣ Smooth Streaming by Microsoft
‣ DASH by MPEG
Background

‣ Peer-to-Peer
‣ Conceito de Arquitetura de Sistemas Distribuídos
Background

Background
‣ Peer-to-Peer
‣ P2P Puro

Background
‣ Peer-to-Peer
‣ P2P Híbrido

‣ Peer-to-Peer
‣ PPLive, PPStream, CoolStreaming, ZIGZAG,
PRIME,AnySee, HotStreaming, SplitStream,
Chunkspread, DirectedPush,TURIN, Octoshape
Background

‣ WebRTC
Background

‣ WebRTC
‣ PeerConnection API
‣ MediaStream API
‣ DataChannel API
Background

“In p2p systems, the higher quantity of active peers,
the better delivery service works.
DUYEN HOA HA,A novel Hybrid CDN-P2P mechanism for Effective real-time media
streaming
Pesquisa

“Data delivery is better in broadcast based systems (...),
but as the user volume for dynamic content increases,
internet scale search and data delivery using peer-to-peer
systems beats any broadcast based system.
KAVYA LAKSHMI SUDHEERA, Dynamic P2P Streaming Using Delaunay Edges
Pesquisa

“Peer-assisted data sharing can reduce the network cost
by dramatically decreasing download bandwidth of
content servers up to 96%.
SEONGHO CHO, Playback Latency Reduction for Internet Live Video Services in CDN-P2P
Hybrid Architecture
Pesquisa

‣ Propor Arquitetura P2P/CDN Híbrida para
Distribuição deVídeo aoVivo utilizando WebRTC
‣ Evita a necessidade da instalação de plugins de terceiros
‣ Usa os poderes do peer-to-peer para escoar os chunks de
vídeo entre os nós (usuários)
‣ Diminui o custo da transmissão
Pesquisa

A Hybrid Peer-to-Peer/CDN Model for Live Video Distribution

O que já foi feito?

‣ Troca de chunks de vídeo entre peers utilizando HTTP Live Streaming
(HLS) e WebRTC

http://bem.tv/demo.html
(HLS) e WebRTC

205/44 246/49
157/115
(HLS) e WebRTC

(HLS) e WebRTC
‣ Conceito de “enxame” & matching de nós (usuários)
‣ Geolocalização + Provedor de Internet
http://server.bem.tv/room

(HLS) e WebRTC

(HLS) e WebRTC
‣ Protocolo minimalista de sinalização e troca de chunks

A
B
C

A
B
C
A needs chunk bbb_3.ts

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts

A
B
C
checking if have bbb_3.ts
<A> DESIRE:bbb_3.ts
checking if have bbb_3.ts

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
have bbb_3.ts!
have bbb_3.ts!

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
<B-A> DESACK:bbb_3.ts
<C-A> DESACK:bbb_3.ts

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
choosing the best peer

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
C is the best!

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
<A-C> REQ:bbb_3.ts

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
<A-C> REQ:bbb_3.ts
<C-A> OFFER:bbb_3.ts:<blob>

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
<A-C> REQ:bbb_3.ts
A have chunk bbb_3.ts!

A
B
C
<A> DESIRE:bbb_3.ts
<A-C> REQ:bbb_3.ts
timeout? go to CDN
CDN

‣ Primeiros Experimentos
‣ 10 Apple MacBooks White (2GB SDRAM)
‣ Mozila Firefox 27.1 (WebRTC compatible)
‣ Mesmo roteador Wi-Fi (10/100Mbps)
‣ Video
‣ Chunks com 5 segundos de duração
‣ 600 Kbps de bitrate (qualidade)
‣ CDN + Room Discoverer + P2P Signaling Server
‣ 1 server with 512MB of SDRAM em NY

‣ Primeiros Experimentos

‣ Resultado
0"
20"
40"
60"
80"
100"
120"
140"
1" 3" 5" 7" 9" 11" 13" 15" 17" 19" 21" 23" 25" 27" 29" 31" 33" 35" 37" 39" 41" 43" 45" 47" 49" 51" 53" 55" 57" 59"
Requests'
Minute'
CDN.only'x'CDN.P2P'Requests'per'minute'
CDN/only" CDN/P2P"

‣ Resultado
‣ CDN-only: 7457 requests para a CDN
‣ CDN-P2P: 4482 requests para a CDN

‣ Resultado
‣ CDN-only: 7457 requests para a CDN
‣ CDN-P2P: 4482 requests para a CDN
‣ Redução de 39.98%

Conclusão eTrabalhos Futuros

‣ Nossa abordagem é promissora!

‣ Nossa abordagem é promissora!
‣ Melhorias:
‣ Convergência de Peers e Over Swarming
‣ Reputation, Partnership, Leader Election
‣ Protocolo de troca de chunks de vídeo
‣ Segurança do Conteúdo
‣ Poisoned Chunks
‣ DoS Starvation

http://bem.tv
http://github.com/ﬂavioribeiro/bemtv
http://talentos.globo.com
http://opensource.globo.com

‣ Dynamic Clustering in Delaunay-Based P2P NetworkedVirtual Environments. Matteo
Varvello. http://www.eurecom.fr/fr/publication/2682/download/rs-publi-2682.pdf
‣ GoDel: Delaunay Overlays in P2P Networks via Gossip. Ranieri Baraglia. http://hpc.isti.cnr.it/
~dazzi/pdf/Baraglia12P2Pgodel.pdf
References

‣ Dynamic P2P Streaming Using Delaunay Edges. Kavya Lakshmi Sudheera. http://
www.ijera.com/papers/Vol3_issue6/FF36968971.pdf
‣ Optimized P2P Streaming Services with DelaunayTriangulation protocol.T. Hemanth. http://
rspublication.com/ijeted/jan13/1.pdf
‣ TreeP:ATree Based P2P Network Architecture. Benoit Hudzia. http://arxiv.org/pdf/cs/
0608118.pdf
‣ Mesh or Multiple-Tree:A Comparative Study of Live P2P Streaming Approaches. Nazanin
Magharei. http://mirage.cs.uoregon.edu/pub/infocom07-treemesh.pdf
‣ How Netﬂix Architects for Survival. Jeremy Edberg. http://www.infoq.com/presentations/
netﬂix-architecture-resilience
References

‣ http://gigaom.com/2009/12/10/4-out-of-5-viewers-leave-if-a-
stream-buffers-once/
‣ https://people.cs.umass.edu/~ramesh/Site/HOME_ﬁles/imc208-
krishnan.pdf
‣ http://www.ccs.neu.edu/home/cbw/4700/papers/p225.pdf
‣ http://www.bth.se/fou/cuppsats.nsf/all/
16d53c7e6e725222c1257b01003764f3/$ﬁle/
BTH2012Guniganti.pdf
‣ http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/video/as5100-
series-media-processor/white_paper_c11-675935.pdf
‣ http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-ppsp-survey-06#page-6
References

References
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Conference on Communications.
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Workshop on Network and Operating Systems Support for Digital Audio andVideo.
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