Efficiency in P2P Systems

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  • Verbesserung der Qualität von Peer-to-Peer-Systemen [durch die systematische Erforschung von Qualitätsmerkmalen und deren wechselseitigen Abhängigkeiten] QuaP2P wurde gegründet um die Qualitätsmerkmale und ihre gegenseitigen Abhängigkeiten in P2P Systemen zu untersuchen Effizienz ist definiert als die erbrachte Leistung im Verhältnis zu dem Aufwand, der benötigt wurde, um die Leistung zu erfüllen. Wenn wir nun die Effizienz verbessern/erhöhen wollen, haben wir 2 Möglichkeiten: Zum einen können wir versuchen für den selben Arbeitsaufwand noch mehr Leistung zu erbringen. Das schaffen wir indem wir bestehende Resourcen intelligenter nutzen. Zum anderen haben wir aber auch die Möglichkeit, eine Leistung / eine Funktionalität mit weniger Aufwand als bisher zu verwirklichen. Beide Punkte sind für die Zukunft von Peer-to-Peer wichtig. Durch Erweiterung der Funktionalität bei Beibehaltung der Kosten, entsteht ein „kostenloser“ Mehrwert. Das trägt dazu bei die Attraktivität von P2P zu erhöhen. Durch die Reduzierung der Kosten bei gleich bleibender Funktionalität, wird neben den Kosteneinsparungen in den Ressourcen auch die Mindestanforderung gesenkt. Das führt dazu, dass auch neue Gerätetypen, Handys, PDAs… am P2P Netzwerk teilnehmen können, ohne überlastet zu werden oder das Netzwerk auszubremsen.
  • Es stellt sich nun die Frage, mit welchen Mitteln ich die Effizienz von P2P Systemen verbessern möchte. Dazu möchte ich den aktuellen Stand in Peer-to-Peer Forschung beschreiben. Momentane Forschung betrachtet Peer-to-Peer Netze als einen Graphen. (Beispiel. Chord, Can, Gnutella, Kademlia) Dabei wird aber etwas entschiedenes wegabstrahiert: Die Heterogenität der Peers, der Links und der Nachrichten Mein Ansatz besteht darin die Heterogenität in das Modell zu integrieren und dann gezielt die Engpässe anzugehen. Z.B. ist die Uploadbandbreite in heutigen Netzen für gewöhnlich der entscheidende Engpass. Overlays wie Chord, Can und Kademlia berücksichtigen diese Attribute aber in ihrem System nicht. So dass es vorkommen kann, dass die Ressourcenallokation im Netzwerk ineffizient ist. Rechner mit wenig Bandbreite sind dann evtl. für stark nachgefragte Objekte verantwortlich. Nun kann man gezielt die identifizierten Engpässe angehen und Lösungen entwickeln, um diese aufzulösen.
  • Wir haben ein unstrukturiertes P2P Netz gegeben. Ein Rechner tätigt für sein Subnetz, das an ihm angeschlossen ist, mehrere Anfragen über eine Verbindung mit relative wenig Bandbreite. Kommt nun ein weiterer Nutzer hinzu, der diese Verbindung ebenfalls nutzen möchte, aber dessen Anfrage an das Netzwerk weitaus wichtiger ist, da es z.B. ein Notruf ist. So werden seine Messages zwar bis zum Engpass gut weitergeleitet, doch ohne gesonderte Strategie für den Umgang mit Engpässen werden die Messeges nach ihrer Eingangsreihenfolge abgearbeitet. Dabei verzögern die vielen unwichtigen Anfragen des blauen Servers, die wichtige Anfrage von dem Nutzer. Bis die Nachricht vom Nutzer an der Reihe ist, ist wertvolle Zeit vergangen. Geschieht das in jedem Schritt, so ist die Qualität mit der die Anfrage bearbeitet wird, für viele Anwendungen nicht mehr ausreichend. Als Lösung bietet sich an, Scheduling Mechanismen einzusetzen, um wichtigere Nachrichten höher priorisiert zu bearbeiten. Dadurch erreicht man, dass zeitkritische Anwendungen ebenso zufriedenstellend bearbeitet werden wie Durchsatzfokussierte. In diesem Fall haben wir bei gleichem Aufwand, das heißt bei gleicher Anzahl an Nachrichten die pro Zeiteinheit bearbeitet werden, eine höherwertige Leistung erbracht. Durch Forschung über die Effizienz von Peer-to-Peer Systemen können wir zum einen die Leistung erhöhen und dadurch mehr Nutzer für P2P begeistern aber auch die Kosten senken und damit mehr Geräten die Teilnahme an P2P Netzen ermöglichen. Ich danke fürs zuhören und hoffe das spannende Thema der Effizienz etwas zugänglicher gemacht zu haben.
  • Effizienzverbesserungen untersuche ich dabei auf 3 Ebenen. Zum einen in dem Peer selbst. Dort wird überprüft, wie die vorhandenen Ressourcen bestmöglich genutzt werden können. Im nächsten Schritt betrachte ich dann die Ressourcenallokation im Overlay, dabei untersuche ich, welches Peer welche Ressourcen in welchem Umfang beisteuern muss, damit die Last fair aber auch effizient verteilt wird. Im letzten Schritt werde ich dann die Wechselwirkung mit dem darunterliegenden IP Netzwerk betrachten. P2P Traffic dominiert in der heutigen Zeit das Internet, 70-80% des gesamten Traffics ist auf P2P Applikationen zurückzuführen. Es ist somit auch wichtig zu untersuchen, wie dieser Traffic gesenkt werden kann und welche Strategien zum Behandeln von P2P Traffic Internet Service Provider verfolgen können. Meine Ergebnisse aus dem Forschungspunkten 1 und 2 werden ich in KOMs P2P Simulator umsetzen und evaluieren
  • Efficiency in P2P Systems

    1. 1. Coping with Heterogeneity Efficiency in Peer-to-Peer Systems
    2. 2. KOM Research Program Peer-to-Peer Networking Mobile Networking IT Architectures Media Creation, Management & Usage Research Areas Ubiquitous Communication Network Mechanisms Communication Services & IP Telephony E-Business & E-Finance E-Learning Quality of Service, Dependability & Security Application Areas Fundamentals Workflows Efficiency in P2P Systems
    3. 3. QuaP2P and Efficiency <ul><li>Main goals: </li></ul><ul><ul><li>Increase performance / add functionality for same costs </li></ul></ul><ul><ul><li>Decrease costs for providing same level of performance / functionality </li></ul></ul>Research group QuaP2P „ Improving the Quality of P2P Systems “ <ul><li>Core benefits for Peer-to-Peer-based applications </li></ul><ul><ul><li>Additional functionality for „free“ increase of attractiveness </li></ul></ul><ul><ul><li>Decreased costs new devices can participate </li></ul></ul>Compression P2P
    4. 4. Current Research with Focus on Heterogeneity <ul><li>How can efficiency be increased? Are current overlays perfect? </li></ul><ul><li>Steps to increase the efficiency: </li></ul><ul><ul><li>Consider heterogeneity of peers , links and messages </li></ul></ul><ul><ul><li>Introduce heterogeneity in mathematical P2P modeling </li></ul></ul><ul><ul><li>Investigate and eliminate resource-bottlenecks </li></ul></ul><ul><li>Current focus: heterogeneity of messages </li></ul>Heterogeneous model Reality Examples: Chord Gnutella Kademlia Homogeneous graph CAN
    5. 5. Example: Bandwidth Usage in Hybrid P2P <ul><li>Problem : </li></ul><ul><ul><li>Message with different relevance processed using </li></ul></ul><ul><ul><li>First-In-First-Out  bandwidth congestion </li></ul></ul><ul><li>Solution : </li></ul><ul><ul><li>Schedule (1.) and drop (2.) messages according to their priorities </li></ul></ul><ul><li>Result : </li></ul><ul><ul><li>Same total amount of messages processed </li></ul></ul><ul><ul><li>Processing of time-critical requests enabled </li></ul></ul>Irrelevant No calls today? Queries Connect me to the police! SuperNode Peer Lookup 1. Message Scheduling Before: After: 2. Queue Management Before: After: Queue Limit Solution
    6. 6. Research Agenda for Improving Efficiency <ul><li>Systematical approach to efficiency in P2P systems: </li></ul><ul><ul><li>Improve resource (bandwidth) utilization in each individual node </li></ul></ul><ul><ul><li>Investigate fair resource allocation strategies for P2P overlays </li></ul></ul><ul><ul><li>Derive a strategy for Internet Service Provider to cope with P2P traffic </li></ul></ul>Layers of Interest Evaluation User Layer Overlay Layer Simulation Core Network Layer PeerfactSim.KOM Concepts for 1 Concepts for 2 Devices IP Infrastructure 3 $ $ P2P Overlay 2 ^ Peer IN OUT 10100110110001000110011 1

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