二、 背景知識
2.6 小結
1. 最短路徑法：最短路徑法確實可以找到一條最快的傳送路徑，但 僅有一條最寬的路徑，在面對大量資料傳送時，傳 送效率仍不及多重路徑法。
2. 多重路徑法：多重路徑法可以在網路上找出閒置的路徑來增寬頻 寬，但其方法探討僅限於兩點之間，在面對叢集內 的多份資料庫備份，仍有不足的地方，必須同時考 慮路徑共用的情況。
3. 主從式傳輸架構：大量的資料傳送會造成伺服器的負載過重，尤 其是批次式傳送。
4. 第三代點對點傳輸架構：必須花額外的頻寬以及許多維護訊息來 維護點與資料的關係，同時必須加入其他技巧，如 樹狀搜尋、快取等方法加速搜尋。
5. Bittorrent：缺少搜尋的機制，必須由使用者自行尋找種子而且 必須自行尋求穩定的追蹤者，具有不穩定的特質。
如果只是用單一方法來傳送多媒體電子廣告時，都有其侷限性。所以 我們提出一個傳送的方法，結合多重路徑法和BitTorrent的優點：
1. 首先，將叢集內的各個端點構成許多個多重路徑。
2. 再來，將全部的廣告內容切割成不同的BitTorrent種子，存放 在叢集內的各個端點。
3. 各個端點存放的種子再經由多重路徑來彼此互傳，以充分利用 各端點的傳送能力，以達到完整的傳送，以及縮減傳送時間。
這個架構同時利用多重路徑和多重種子的優點，以期達到分佈具分眾 性的多媒體電子廣告到各端點。
第 3 章 利用多重路徑、多種子傳送大量多媒體電子廣 告的方法
3.1 系統概觀
本系統是多媒體電子廣告系統中的一個子系統---派送系統，作用是 依據排程系統決定的結果，分別派送眾多的廣告播放排程清單以及廣 告內容的檔案到各廣告點。而此一多媒體電子廣告系統共有廣告內容 編輯管理系統, 排程系統, 派送系統, 播放系統, 以及監控管理系 統。表示如下圖 3-1：
多媒體廣告 內容編輯系統
顯示器
顯示器 廣告點1
的伺服器
廣告內容
顯示器 廣告點2 的伺服器
多媒體廣告 派送系統 多媒體廣告 排程系統
Peer-to-pe
er-like
6.1 Mb
對等式網路
3.2 邏輯拓樸
本系統的資料來源是多媒體電子廣告內容編輯系統所完成的廣告內 容資料庫，由多媒體廣告內容編輯系統產生的廣告內容資料庫經由多 媒體廣告排程系統選用和完成播放清單後，將放在由派送伺服器所構 成的環狀拓樸中，再由中央控制系統驅動派送工作的開始，經由網路 傳送到區域性的叢集網路之中繼站。利用區域性的彼此靠近的特性，
我們構成不同的叢集，而任何叢集網路中都有一至二個中繼站，中繼 站及各端點彼此相連以形成多重路徑。
中央控管
派送系統 廣告點中繼點
廣告點
6.1 MB 對等式 傳送連線 監控連
圖 3-2 派送系統的邏輯拓樸
3.2.1 多重路徑的拓樸設計
我們利用區域性的彼此靠近特性，構成一個叢集網路，利用其中一或 二個端點做為中繼站。中繼站負責從派送網路下載所有的資料，並且 生成眾多的種子，再將種子們分佈到不同端點上的資料庫，就是各個 端點在 pass 1 時只有整個的一部份，在 pass 2 時，利用各端點的網 路能力把本身的種子，再傳送給其他的端點。在端點間互傳種子後，
各個端點就擁有完整的多媒體電子廣告了。
5
6
4
3
2 1
圖 3-3 多重路徑的邏輯拓樸示
3.3 系統架構
本系統定位是介於應用層的電子廣告的排程系統和TCP/IP 之間，分 為三個主要管理元件，分為三個主要管理元件，包括控制所有傳輸的 訊息管理元件(Message Manager)、產生種子的分享檔案管理元件 ( Share Data Manager)、傳收/接受種子的資料傳輸管理元件 (Transmission Manager)。
藉由三個管理元件合作，以完成多媒體電子廣告資料傳送至各端點的 資料庫。下面將一一詳細介紹各管理元件的作用，與其他管理元件的 關係。
3.3.1 分享檔案管理元件( Share Data Manager)
分享檔案管理元件用以管理本身要分享的檔案，主要工作就是依據不 同的頻寬產生不同的種子。並且透過訊息管理元件(Message Manager) 和各端點溝通傳送各階段的訊息，再利用資料傳輸管理元件
(Transmission Manager)進行多重路徑的傳遞種子。
Share Data Manager
Scheduler Manager Message Manager
Transmission Manager
TCP/IP
圖 3-4 派送系統的元件架構
在資料傳輸管理元件(Transmission Manager)完成接收後，會透過訊 息管理元件告知分享檔案管理元件，以解析種子的內容，依據本身的 責任和叢集的拓樸，再將種子傳送到有需要的端點上，進而完成整體 性。並依據訊息管理元件(Message Manager)的結果來決定是否正確 完成。
為了避免出現傳送之後無法使用的問題，分享檔案管理元件也會檢查 本身的資料是否完整，如果尚未完整，分享檔案管理元件會主動搜尋 短缺的資料片段，並進行重新下載，以避免下載後無法使用。
派程系統 廣告內容
資料庫
訊息管理 元件
分享檔案 管理元件 start
ready
Ad list
Request
Reply
Ad list and Ads
Seeds Ready to deliver
3.3.2 資料傳輸管理元件(Transmission Manager)
真正資料傳輸是由資料傳輸管理元件(Transmission Manager )負 責。該元件必須負責所有資料的實體傳輸。在完成接受種子後，會紀 錄相關的資訊，並且要透過訊息管理元件與分享檔案管理元件溝通，
是否要再往別的端點傳送。
3.2.3 訊息管理元件(Message Manager)
訊息管理元件通常接收到的訊息為狀態訊息。在接到狀態訊息後，控
圖 3-6 資料傳輸管理元件的 sequence diagram
3.3.4 一個範例
Pass 1 (1/1)： 中繼站先把多媒體電子廣告劃分為不同的種子，並 且透過網路把眾多種子分佈到各個端點上。
5
6
4
3
2 1
Seed 2, 3, 4, 5, 6 Seed 6
Seed 5
Seed 4
Seed 3
Seed 2
Pass 1 (2/2)：在中繼點傳送完第一次的種子後，其他端點都有一份 屬於自己的種子，如圖所示：
Seed 6 Seed 2, 3, 4, 5, 6 6
Seed 5 5 1
Seed 2
Seed 4 4 2
3
Seed 3
圖 3-8 pass 1 結束時，各端點得到的種子
Pass 2 (1/2)：在Pass 1結束後，各個端點只有整個的一部份，所以 各個端點要把自己擁有的種子再送給其他的端點；同時，也接受其他 端點傳來的不同種子。
下圖以端點 2 和 5 再傳送為例。實際上，是各端點都幾乎在同時互 傳，要視 pass 1時中繼點和端點的情況而定。
5
6
4
3
2
Seed 5
1
Seed 4
Seed 2
Seed 2 Seed 5
Seed 5
Seed 2
Seed 6
Seed 2, 3, 4, 5, 6
Seed 2
Seed 3
Pass 2 (2/2)：在Pass 2 的端點 2 和 5 都傳完自己的種子後，其 他端點就有新傳來的種子，如此一來，每個端點都收到別人的種子，
也自己的種子透過端點的頻寬傳送給別的端點，最後收集所有的種 子，就是整份的多媒體電子廣告。
Seed 2, 5, 6
Seed 2, 3, 4, 5, 6 6
Seed 2, 5 5 1
Seed 2, 5
Seed 2, 4, 5
4 2
3
Seed 2, 3, 5
圖 3-10 pass 2 結束時，各端點得到的種子
最後：所有的端點都從別的端點得到剩餘的部份，而完成全部的多媒 體電子廣告。
Seed 2, 3, 4, 5, 6
Seed 2, 3, 4, 5, 6 6
Seed 2, 3, 4, 5, 6
5 1
Seed 2, 3, 4, 5, 6
Seed 2, 3, 4, 5, 6
4 2
3
Seed 2, 3, 4, 5, 6
3.4 分割種子
3.4.1 資料內容大小
一個廣告之儲存容量計算如下：
X min * 60 sec/min * 30 frames/sec * Y kb ………(7) X 為影片平均播放時間；
Y 為每個 frame 之大小，根據影片格式不同而會更動；
假設畫面大小為 640 * 480 pixel,其影片格式為 30 frames / sec，
放映長度為 1 分鐘，則每支廣告大小約為 8MB；
假如有 40 支廣告/每天，則需要 40 * 8 = 320 MB/天．端點
3.4.2 單一路徑派送
若廣告叢集內共有 20 個廣告點，共有 40 支廣告內容要傳輸，在頻寬 為 T2 專線(6.1 Mbps)下，所需要之時間：
320 MB * 8 bits * 19 廣告點 / 6.1 Mbps = 7974 sec ≈ 133 分鐘
≈ 2.3 小時
3.4.3 多重路徑派送
假設每台廣告點上皆有 40 支廣告，在每個廣告點上皆有 30 支相同的 廣告需要派送，而每個廣告點只剩下 10 支廣告不相同，因此可以採 用本論文提出的架構和演算法來派送廣告，以減低傳輸的時間。
若廣告叢集內共有 20 個廣告點，共有 40 支廣告內容要傳輸，而有 30 支廣告是相同的，10 支是依不同廣告點來傳送，在頻寬為 T2 專線 (6.1 Mbps)下，所需要之時間：
廣告不同的部份(P2P-like)：
10 支廣告 * 8 MB * 8 bit * 19 端點 / 6.1 Mbps = 1994 秒 所以我們算出以多重路徑和多種子的方法來傳送多媒體電子廣告所 需的時間為：
廣告相同的部份(P2P-like)：
步驟一階段:廣告點 1 分派各廣告點各自的部份。
2 支廣告* 8MB * 8bit * 19 廣告點 / 6.1 Mbps = 399 ≈ 7 分鐘
步驟二階段 :各廣告點同時派送分享廣告內容。
2 支廣告* 8MB * 8bit * 18 廣告點 / 6.1 Mbps = 378 ≈ 7 分鐘
步驟三階段 : 每個廣告點現在都已派送所有的廣告內容，並檢查完 整性。則全部的傳送時間大概：34 + 7 + 7 ≈ 48 分鐘
相對單一路徑的批次傳送需 133 分鐘，而多重路徑、多種子方法是 48 分鐘，比較結果如下表所示：
表 3-1 批次傳送法 和多重路徑，多種子法作比較
第 4 章模擬實驗
真實世界所使用的 TCP/IP Protocol Stack 來產生高精確度的模 擬結果。這兩項特點是所有其他網路模擬器（如 NS, OPNET）所 達不到的。2. 由於哈佛 TCP/IP 網路模擬器只能模擬固定網路及點對點傳輸 線，而 NCTUns 網路模擬器可模擬無線、有線網路及移動網路節點，
NCTUns 網路模擬器因此可被用來研究真實世界應用程式在 Mobile Ad Hoc Networks 上的效能。這一項特點亦是所有其他網路模擬 器所達不到的。 體，獲選在 ACM MobiCom＇02 (Atlanta, USA, 09/23/2002) 參展，
推出至今，已經有來自世界 57 個國家 1,340 個著名機構及使用 者下載使用。
基 於 以 上 所 列 的 優 點 ， 所 以 本 系 統 選 用 NCTUns 來 模 範 真 實 的 Internet 網路情況，做為衡量的平台。
4.1 模擬計劃
依區域相近的特性所構成的叢集，在實際設計上，本次模擬以 10 至 60 個 node，依序遞增 10 個 node。
而資料量則以 100MB 到 800MB，依序遞增 100MB 來觀察資料增加時，
對相同 Node 數的叢集會產生什麼樣的影響。
4.1.2 使用 NCTUns 建立拓樸
NCTUns 是國內交通大學-網路與系統實驗室自行發展出來的一套網路 模擬軟體。之前做網路方面的研究，大部分的研究者所使用的模擬器 是 ns2，不過使用上就沒有交大發展出來的這一套方便了，因為要會 使用 ns2，要會一些 tcl script，利用簡單的 script 對 ns2 進行 模擬環境的配置和操作。
NCTUns 可以使用圖形化的界面，直接在畫面上拉出所要進行模擬的 節點和連線，再調整個各個節點要在什麼時候開始送封包，整個環境 差不多就完成了，使用上比起 ns2 方便多了。
不過在研究新的 routing protocol 的時候，因為 NCTUns 中沒有寫 好的協定，要自己動手增加上去。如同系統要建立的單路徑傳送、多 路徑傳送，就必須自己完成 socket 到應用層的各元件，且寫進 log 檔 案中，以驗證資料正確性。
如果我們想要建立拓樸和執行模擬，必須依以下的步驟來完成：
如果我們想要建立拓樸和執行模擬，必須依以下的步驟來完成：