Content distribution in OTT wireless networks

Abstract

In developed countries, the Internet is increasingly considered an essential and integral part of people's lives. The need to be \online", share and access content are frequent routines in people's daily lives, making the Internet one of the most complex systems in operation. Most traditional communications (telephone, radio and television) are being remodelled or rede ned by the Internet, giving rise to new services such as Voice over Internet Protocol (VoIP) and Internet Protocol Television (IPTV). Books, newspapers and other types of printed publications are also adapting to the web technology or have been redesigned for blogs and feeds. Massi cation of the Internet and the constant increase in bandwidth o ered to the consumers have created excellent conditions for services such as OTT. OTT Services refer to the delivery of audio, video and other data over the Internet without the control of network operators. Although the OTT delivery presents an attractive solution (and pro table, looking at the fast growing services such as YouTube, Skype and Net ix, for example), it su ers from some limitations. It is necessary to maintain high levels of Quality-of-Experience (QoE) to continue to attract customers. In order to do this, a content distribution network is fundamental to adapt to the speed with which the contents are required and quickly discarded and that can accommodate all the tra c. This dissertation focuses on the distribution of OTT contents in wireless networks, in order to address the lack of research work in this area. A solution is proposed that can be integrated by the network equipment so that it is able to predict what kind of content consumers connected (or nearby) may request and put it in memory before being requested, improving consumers' perception of the service. Given the lack of information in the literature on management and control of proxy caches for embedded systems, the rst step was to test and evaluate two di erent cache algorithms: Nginx and Squid. The results show that there is a trade-o between cache performance and speed in processing the requests, with Nginx delivering better performance but worse response times. It was also found that cache size does not always determine a signi cant improvement in results. Sometimes keeping just the most popular content cached is enough. Afterwards, two algorithms for predicting prefetching contents in mobility scenarios were proposed and tested, given the characteristics of the wireless networks, where it was possible to observe very signi cant performance improvements, demonstrating that there is a possibility for an investment in this area, although this implies an increase in the processing capacity and power consumption of the network equipment.

Nos países desenvolvidos, cada vez mais a Internet é considerada um bem essencial. A necessidade de estar \online", partilhar e aceder a conteúdos são rotinas frequentes no dia-a-dia das pessoas, tornando assim a Internet num dos sistemas mais complexos em operação. A maioria das comunicações tradicionais (telefone, radio e televisão) estão a ser remodeladas ou redefinidas pela Internet, dando origem a novos serviços, como o protocolo de Internet por voz (VoIP) e o protocolo de Internet de televisão (IPTV). Livros, jornais e outro tipo de publicações impressas estão também a adaptar-se á tecnologia web ou têm sido reformuladas para blogs e feeds. A massificação da Internet e o aumento constante das larguras de banda oferecidas aos consumidores criaram condiçoes excelentes para serviços multimedia do tipo Over-The-Top (OTT). Serviços OTT referem se á entrega de áudio, vídeo e outros via Internet sem usar o controlo dos operadores de rede. Apesar da entrega OTT apresentar uma proposta atractiva (e lucrativa, olhando para o rápido crescimento de servicos como o YouTube, Skype e Net ix, por exemplo) esta sofre de algumas limitações. É necessario manter n veis elevados de Qualidade-de-Experi^encia (QoE) para continuar a atrair clientes. Para isso é fundamental uma rede de distribuição de conteúdos capaz de se adaptar á rapidez com que os conteúdos são requeridos e rapidamente descartados e que consiga albergar todo o tráfego. Esta dissertação foca-se na distribuição de conteúdos OTT nas redes sem fios, por forma a endereçar a falta de trabalhos de investigação nesta área. É proposta uma solução que visa poder ser integrada pelos equipamentos de rede para, desta forma, estes serem capazes de prever que tipo de conteúdo os consumidores conectados (ou nas proximidades) possam vir a solicitar e coloca-lo em memoria antes de ser pedido, melhorando a percepção com que os consumidores recebem o mesmo. Dada a falta de informação na literatura sobre gestão e controlo de proxy caches para sistemas embutidos, o primeiro passo foi testar e avaliar dois algoritmos de cache diferentes: Nginx e Squid. Os resultados mostram que existe um compromisso entre o desempenho de cache e velocidade no processamento dos pedidos, apresentando o Nginx um melhor desempenho mas piores tempos nas respostas aos pedidos. Foi também verificado que o tamanho da cache nem sempre determina um melhoramento significativo nos resultados. Ás vezes, manter apenas o conteúdo mais popular em cache é suficiente. De seguida, foram propostos e testados dois algoritmos de previsão de conteúdos (prefetching ) em cenários de mobilidade, dada as características das redes sem fios, onde foi possível observar melhorias de desempenho muito significativas, demonstrando que existe a possibilidade de ser viável um investimento nesta área, embora isto implique um aumento na capacidade de processamento/ consumo de energia dos equipamentos de rede.