Dynamic Content Distribution for Mobile Enterprise Network

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Maria de Belem Aragão Sá
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1 Dynamic Content Distribution for Mobile Enterprise Network Relatório de Implantação Igor Giusti da Silva Fábio Gomes dos Santos Universidade Federal Fluminense - Instituto de Computação 15 de dezembro de

Silva Fábio Gomes dos Santos Universidade Federal

2 Sumário 1 Introdução 3 2 Algoritmos de posicionamento de réplicas Algoritmo Ótimo Offline Algoritmo Heurístico Online Implantação Imitando o simulador 6 4 Resultados 6 2

2 Algoritmo Heurístico Online.............................. 5 2.

3 Resumo Esse relatório aborda a implantação e avaliação do algoritmo para posicionamento de réplicas descrito em referencia.mdcdn para redes móveis de distribuição de conteúdos usando a biblioteca MPI. Serão abordados os aspectos das soluções desenvolvidas para a execução do algoritmo online heurístico, assim como os percalços encontrados durante a jornada. Por fim, haverá uma comparação entre os resultados obtidos pela implantação e os resultados obtidos no artigo original. 1 Introdução O artigo referencia.mdcdn propõe um algoritmo heurístico online para decisão de posicionamento de réplicas em Mobile Content Distribution Networks (MCDNs). O primeiro objetivo desse algoritmo é reduzir o tráfego no backbone da MCDN e o segundo é evitar a sobrecarga dos servidores que compõe a MCDN. Para a avaliação do desempenho do algoritmo, os autores utilizaram um simulador proposto em referencia.simulador. O simulador representa uma cidade com as áreas metropolitana, suburbana e rural. Há um número fixo de servidores de conteúdo distribuídos geograficamente pelas áreas da cidade. Há um número fixo de usuários que se movimentam por toda a cidade conectando-se aos servidores. Aspectos da simulação como popularidade dos conteúdos, tempo entre conexões de um usuário e duração da conexão entre um usuário e um servidor são modelados estatisticamente. Algumas informaçoes sobre como o funcionamento do simulador, como o modelo de mobilidade dos usuários, não puderam ser obtidas; procedemos com abordagens próprias que parecessem mais adequadas nesses casos. Não foi desenvolvido um simulador como o do artigo referencia.simulador, em vez disso geramos os dados para as requisições respeitando a maior fidelidade possível à modelagem estatística proposta no simulador. A seção seção.dados dá mais profundidade a esse assunto. Em referencia.mdcdn, são propostos dois algoritmos para o processo de posicionamento de réplicas dos conteúdos pela CDN ; o primeiro, um algoritmo ótimo offline e o segundo, um algoritmo heurístico online. O algoritmo ótimo necessita conhecer todas as requisições dos clientes previamente, isso define a nomenclatura offline, logo não é possível aplicá-lo aos servidores de uma CDN. Já o algoritmo heurístico toma decisões baseado em previsões da demanda feitas em tempo real, por isso a nomenclatura online, esse algoritmo é uma boa escolha para ser adotado nos servidores de uma CDN por ser online. O algoritmo heurístico online utiliza previsão de demanda baseada no método Double Exponential Smoothing (DES). O DES torna a previsão sensível a tências que possam ocorrer na demanda e propicia decisões melhores sobre o que fazer quanto a um determinado conteúdo. A implantação do algoritmo heurístico online foi feita com base na biblioteca MPI, como será descrito na seção seção.mdcdn. 2 Algoritmos de posicionamento de réplicas Uma CDN é uma rede de servidores que cooperam entre si para fornecer conteúdos aos clientes de tal rede. Se os clientes se conectam com os servidores através de uma rede móvel, podemos chamar a CDN de Mobile Content Distribution Network (MCDN). Em uma CDN, um servidor é chamado de servidor origem de um conteúdo se é responsável por esse conteúdo. Um conteúdo deve 3

Por fim, haverá uma comparação entre os resultados obtidos pela implantação e os resultados obtidos no artigo original. 1 Introdução O artigo referencia.

4 C requisitado, então deve encaminhar a requisição para outro servidor S i que disponha do conteúdo C. Uma cópia do conteúdo C é enviada do servidor S i para o servidor S e, por fim, essa cópia é enviada ao cliente. Esse procedimento é chamado de serviço indireto. Figura 1: Uma CDN comum e uma MCDN sempre estar disponível em seu servidor origem. Servidores podem possuir réplicas de conteúdos, nesse caso, uma réplica só estará disponível em um servidor enquanto ater algum objetivo para esse servidor, por exemplo, diminuir o número de serviços indiretos por tal conteúdo. Um servidor S possui um conteúdo C se esse é o servidor origem ou possui uma réplica do conteúdo. Quando um cliente requisita um conteúdo C a um servidor S, essa requisição está sujeita a disponibilidade do conteúdo C no servidor S. Se o servidor S possui o conteúdo C requisitado, então pode enviar o conteúdo ao cliente, esse procedimento é chamado serviço direto. Figura 3: Exemplo de serviço indireto No problema proposto, dois principais objetivos são propostos: reduzir o tráfego no backbone da rede e impedir a sobrecarga dos servidores. Ambos objetivos são atacados através de replicação de conteúdos. Figura 2: Exemplo de serviço direto Se o servidor S não possui o conteúdo Replicação de conteúdo ocorre quando um servidor S decide que possuir o conteúdo C proporciona alguma vantagem, por exemplo, reduçao do tráfego gerado por serviços indiretos. O servidor S pode, então, requisitar a outro servidor S r uma cópia do conteúdo C e armazená-la como uma réplica. 4

Figura 1: Uma CDN comum e uma MCDN sempre estar disponível em seu servidor origem.

5 Figura 4: Exemplo de replicação de um conteúdo 2.1 Algoritmo Ótimo Offline Algoritmo 1: Algoritmo Heurístico Online, políticas de pull e remoção for conteúdo c C do for k = 1,, δ do ŷ t+k = DES(c, i, t, k) d ic = δ ŷ t+k k=1 bi c = d ic si c dist i,j br c = sr c dist i,j bm c = δ k=1 m t+k,c sm c dist i,o c if não possuo o conteúdo c then if bi c > (br c + bm c ) then Replico o conteúdo c da réplica mais próxima else if possuo o conteúdo c e não sou o servidor origem de c then if bi c > bm c then Removo o conteudo c 2.2 Algoritmo Heurístico Online O algoritmo heurístico online descrito em referência.mdcdn busca prever os custos de manutenção, serviços indiretos e replicaçao de um conteúdo C. Pela comparação desses custos, o servidor decide uma açao a ser tomada. As possíveis ações são remoção de conteúdo (caso o servidor possua C), pull de uma réplica e push de uma réplica. 5

k) d ic = δ ŷ t+k k=1 bi c = d ic si c dist i,j br c = sr c dist i,j bm c = δ k=1 m t+k,c sm c dist i,o c if não possuo o conteúdo c then if bi c > (br c + bm c ) then Replico o conteúdo c da réplica

6 Algoritmo 2: Algoritmo Heurístico Online, política de push 1 load i = 0 for j S i do 2 for c C tal que a tc i = 1 do 3 for k = 1,, δ do 4 ŷ jc = DES(c, i, t, k) 5 load i = load i + ŷ jc 6 d ic j = δ ŷ jc 7 k=1 8 9 while load i > HW do Fazer push da réplica do conteúdo c para j S tal que max(ŷ jc ) load i = load i ŷ jc Implantação 3 Imitando o simulador 4 Resultados 6

ic j = δ ŷ jc 7 k=1 8 9 while load i > HW do Fazer push da réplica do conteúdo c para j S tal

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