Design and Evaluation of Enhanced Network Caching Systems to Improve Content Delivery in the Internet

par Andrea Giuseppe Araldo

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Fabio Martignon et de Dario Rossi.

Le président du jury était Tijani Chahed.

Le jury était composé de Fabio Martignon, Dario Rossi, Tijani Chahed, Emilio Leonardi, Gwendal Simon, Giovanna Carofiglio.

Les rapporteurs étaient Emilio Leonardi, Gwendal Simon.

  • Titre traduit

    Conception et évaluation de systèmes de caching de réseau pour améliorer la distribution des contenus sur Internet


  • Résumé

    Le caching de réseau peut aider àgérer l'explosion du trafic sur Internet et àsatisfaire la Qualité d'Expérience (QoE)croissante demandée par les usagers.Néanmoins, les techniques proposées jusqu'àprésent par la littérature scientifique n'arriventpas à exploiter tous les avantages potentiels. Lestravaux de recherche précédents cherchent àoptimiser le hit ratio ou d'autres métriques deréseau, tandis que les opérateurs de réseau(ISPs) sont plus intéressés à des métriques plusconcrètes, par exemple le coût et la qualitéd'expérience (QoE). Pour cela, nous visonsdirectement l'optimisation des métriquesconcrètes et montrons que, ce faisant, on obtientdes meilleures performances.Plus en détail, d'abord nous proposons desnouvelles techniques de caching pour réduire lecoût pour les ISPs en préférant stocker lesobjets qui sont les plus chères à repérer.Nous montrons qu'un compromis existe entre lamaximisation classique du hit ratio et laréduction du coût.Ensuite, nous étudions la distribution vidéo,comme elle est la plus sensible à la QoE etconstitue la plus part du trafic Internet. Lestechniques de caching classiques ignorent sescaractéristiques particulières, par exemple le faitqu'une vidéo est représentée par différentesreprésentations, encodées en différents bit-rateset résolutions. Nous introduisons des techniquesqui prennent en compte cela.Enfin, nous remarquons que les techniquescourantes assument la connaissance parfaite desobjets qui traversent le réseau. Toutefois, laplupart du trafic est chiffrée et du coup toutetechnique de caching ne peut pas fonctionner.Nous proposons un mécanisme qui permet auxISPs de faire du caching, bien qu’ils ne puissentobserver les objets envoyés.


  • Résumé

    Network caching can help copewith today Internet traffic explosion and sustainthe demand for an increasing user Quality ofExperience. Nonetheless, the techniquesproposed in the literature do not exploit all thepotential benefits. Indeed, they usually aim tooptimize hit ratio or other network-centricmetrics, e.g. path length, latency, etc., whilenetwork operators are more focused on moremore practical metrics, like cost and quality ofexperience. We devise caching techniques thatdirectly target the latter objectives and showthat this allows to gain better performance.More specifically, we first propose novelstrategies that reduce the Internet ServiceProvider (ISP) operational cost, bypreferentially caching the objects whose cost ofretrieval is the largest.We then focus on video delivery, since it is themost sensitive to QoE and represents most ofthe Internet traffic. Classic techniques ignorethat each video is represented by differentrepresentations, encoded at different bit-ratesand resolutions. We devise techniques that takethis into account.Finally, we point out that the techniquespresented in the literature assume the perfectknowledge of the objects that are crossing thenetwork. Nonetheless, most of the traffic todayis encrypted and thus caching techniques areinapplicable. To overcome this limit, Wepropose a mechanism which allows the ISPs tocache, even without knowing the objects being


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