Framework Architecture for Decentralized Communications
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2013-05-30
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
143 + app. 98
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 62/2013
Abstract
Peer-to-Peer (P2P) systems represent a paradigm shift from the traditional client/server architecture. Over the past decade, P2P technologies have proven themselves as a viable option for providing services in the Internet. This success has resulted in initiatives to develop standards-based P2P protocols and services. One of the major initiatives in this area is Peer-to-Peer Session Initiation Protocol (P2PSIP), a suite of communication protocols that enable the Session Initiation Protocol (SIP) to decentralize its functions. P2PSIP is being standardized in the Internet Engineering Task Force (IETF). This dissertation presents a framework architecture for decentralized communications that is built around P2PSIP and the set of technologies it uses, including the REsource LOcation And Discovery (RELOAD) P2P signaling protocol, Chord Distributed Hash Table (DHT) algorithm, and the Interactive Connectivity Establishment (ICE) Network Address Translator (NAT) traversal solution. The framework presented in this dissertation is a set of reusable and modular software components that can be used in a flexible manner either individually or in different combinations to support the needs of a broad set of applications and use cases. Due to its flexibility and modularity, the framework is not an integrated architecture, tightly coupled set of components, or a purpose-built software platform whose components cannot function individually or are not interchangeable. The framework and all of its components were implemented as a part of the work on this dissertation. In the dissertation, the performance of the implementation of the framework and its components is evaluated using real-world prototypes and simulators. The focus is on evaluating the performance of DHT maintenance routines, ICE-based NAT traversal, the operations the framework provides to applications, and the performance of the implementation of the framework in mobile environments. Based on the performance analysis, missing features and performance bottlenecks are identified. The performance bottlenecks are addressed and the missing features are added by designing new components to complete the framework. These components include self-tuning, service discovery, M2M communication, and session setup delay optimization components. The contributions of this dissertation can be divided into three categories. First, the delays associated with using the services and operations provided by the framework are analyzed and optimized. Second, the overlay network platform that the framework provides is evaluated and extended. Finally, the framework is applied to new use cases. The overall result of the work is a framework architecture for decentralized communications that is scalable, adaptive, generic, modular, based on emerging standards, and has high performance.Vertaisverkkoarkkitehtuurit poikkeavat perinteisistä, keskitettyihin palvelimiin pohjautu-vista arkkitehtuureista. Viimeisimmän vuosikymmenen aikana vertaisverkot ovat osoittautu-neet toimivaksi tavaksi toteuttaa palveluja. Tämä menestys on herättänyt kiinnostuksen standardoida vertaisverkkoyhteyskäytäntöjä ja -palveluita. Tärkein näistä aloitteista on P2PSIP (Peer-to-Peer Session Initiation Protocol). P2PSIP on joukko yhteyskäytäntöjä, joita standardoidaan IETF (Internet Engineering Task Force) -organisaatiossa. Tämä työ esittelee P2PSIP:n käyttämien teknologioiden ympärille rakennetun viitekehysarkkitehtuurin, joka mahdollistaa viestinnän hajautuksen. Teknologiat, joita työssä käytetään ovat RELOAD (REsource LOcation And Discovery), hajautetut tiivistetaulualgoritmit (DHT) ja ICE (Interactive Connectivity Establishment) -osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmä. Työssä esitetty viitekehys koostuu joukosta itsenäisiä komponentteja, joita voidaan käyttää joko yksitellen tai ryhmissä tukemaan erilaisten käyttötapausten tarpeita. Viitekehys on suunniteltu joustavaksi; se ei ole jäykkä yhtenäinen arkkitehtuuri eikä joukko toisistaan riippuvia komponentteja. Se ei myöskään ole yhtä tarkoitusta varten rakennettu ohjelmistoalusta jonka komponentit eivät voi toimia itsenäisesti ja jotka eivät ole korvattavissa. Viitekehys ja sen komponentit toteutettiin osana tätä työtä. Tämä työ arvioi yllä mainitun viitekehyksen toteutuksen suorituskykyä käyttäen työn osana kehitettyjä prototyyppejä ja simulaattoria. Työ keskittyy arvioimaan DHT-algoritmien ylläpitorutiineja, ICE-menetelmää, viitekehyksen sovelluksille tarjoamien toimintojen suorituskykyä ja viitekehyksen toteutuksen suorituskykyä langattomissa verkoissa. Suorituskykyanalyysin pohjalta työ nostaa esille tekijöitä, jotka voivat muodostua pullonkauloiksi suorituskyvylle ja tunnistaa uusia hyödyllisiä ominaisuuksia. Työssä edellä mainitut pullonkaulat ratkaistaan ja uudet ominaisuudet lisätään suunnittelemalla uusia osia, jotka täydentävät viitekehyksen. Nämä uudet osat ovat hajautettujen tiivistetaulualgoritmien itseviritysmenetelmä, palveluiden hakumenetelmä, laitteiden välinen (M2M) hajautettu viestintämenetelmä ja istunnonaloitusviiveiden optimointimenetelmä. Työn tulokset voidaan jakaa kolmeen osa-alueeseen. Näistä ensimmäinen on viitekehyksen tarjoamiin palveluihin ja toimintoihin liittyvien viiveiden arviointi ja optimointi. Toinen osa-alue on viitekehyksen käyttämän sovelluskerroksen verkkoalustan suorituskyvyn arviointi ja alustan laajentaminen. Kolmas osa-alue on uusien käyttötapausten kehittäminen. Työn lopputulos on viestinnän hajautuksen mahdollistava viitekehysarkkitehtuuri, joka on skaalautuva, muuttuviin olosuhteisiin sopeutuva, sovellusriippumaton, moduuleista koottu, alustaviin standardeihin pohjautuva ja omaa korkean suorituskyvyn.Description
Supervising professor
Kantola, Raimo, Prof., Aalto University, FinlandOther note
Parts
- [Publication 1]: Jouni Mäenpää and Gonzalo Camarillo. Study on Maintenance Operations in a Chord-based Peer-to-Peer Session Initiation Protocol Overlay Network. In 2009 IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing (IPDPS ’09), Seventh International Workshop on Hot Topics in Peer-to-Peer Systems (Hot-P2P), Rome, Italy, pp. 1-9, May 2009.
- [Publication 2]: Jouni Mäenpää and Gonzalo Camarillo. Analysis of Delays in a Peerto-Peer Session Initiation Protocol Overlay Network. In 7th IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), Las Vegas, USA, pp. 1-6, January 2010.
- [Publication 3]: Jouni Mäenpää and Jaime Jiménez Bolonio. Performance of REsource LOcation And Discovery (RELOAD) on Mobile Phones. In 2010 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), Sydney, Australia, pp. 1-6, April 2010.
- [Publication 4]: Jouni Mäenpää and Gonzalo Camarillo. Estimating Operating Conditions in a Peer-to-Peer Session Initiation Protocol Overlay Network. In 2010 IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing (IPDPS ’10), Eight InternationalWorkshop on Hot Topics in Peerto-Peer Systems (Hot-P2P), Atlanta, USA, pp. 1-6, April 2010.
- [Publication 5]: Jouni Mäenpää, Veera Andersson, Ari Keränen and Gonzalo Camarillo. Impact of Network Address Translator Traversal on Delays in Peer-to-Peer Session Initiation Protocol. In 2010 IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2010), Miami, USA, pp. 1-6, December 2010.
- [Publication 6]: Jouni Mäenpää. Performance evaluation of Recursive Distributed Rendezvous based service discovery for Peer-to-Peer Session Initiation Protocol. Elsevier Journal on Computer Networks, Volume 56, Issue 5, pp. 1612-1626, March 2012.
- [Publication 7]: Jouni Mäenpää, Jaime Jiménez Bolonio and Salvatore Loreto. Using RELOAD and CoAP for wide area sensor and actuator networking. Accepted for publication in EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, Volume 2012, Number 1, pp. 121, March 2012.
- [Publication 8]: Jouni Mäenpää. Reducing P2PSIP Session Setup Delays. In 2013 IEEE International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC 2013), San Diego, USA, pp. 1-6, January 2013.