Gestion de contenu optimale et dimensionnement de mémoire dans les réseaux sans fil

par Jonatan Krolikowski

Projet de thèse en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Marco Di renzo et de Anastasios Giovanidis.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec L2S - Laboratoire des signaux et systèmes (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Pendant les dernières années, nous constatons une explosion de la masse de données créées et échangées en ligne. Contenu - et surtout du contenu multimédia - est le Graal des réseaux d'aujourd'hui. Le niveau de satisfaction de service du point de vue de l'utilisateur dépend fortement de la pluralité et de la qualité du contenu reçu. Donc, le contenu devient le centre de la conception dans les communications contemporaines. Les réseaux sans fil constituent un élément important des futurs réseaux de diffusion de contenu. Ceux-ci sont prévues pour servir un nombre croissant d'utilisateurs d'Internet, qui demandent la connectivité et l'accès toujours et partout. Pour les réseaux sans fil plus spécifiquement, une tendance de design contemporain devrait être pris en compte: la densification. Le concept est que de débit plus élevé peut être réalisée par le déploiement des noeuds supplémentaires (par exemple les stations de base (pico / femto cellules) à l'intérieur des cellules existantes). Un autre aspect pour la couverture Internet des utilisateurs sans fil, qui est proposée par la plupart des fournisseurs aujourd'hui, est la coexistence des hotspots WiFi et des réseaux cellulaires. Pour l'avenir du réseau cellulaire 5G il est en plus suggéré la communication device-to-device (D-2-D). Dans les topologies si denses, la quantité de trafic sera bientôt trop élevé pour être servi par des noeuds de source unique (par exemple http). Des améliorations de performance peuvent être obtenus lorsque un grand nombre de copies du même contenu est réparti dans le réseau. Ca peut améliorer la possibilité de trouver une copie à proximité de l'utilisateur qui demande le contenu. Cette idée a déjà commencé à être étudié et le résultat est la proposition d'un Reseau base sur l'Information (Information Centric Network - ICN). Une extension naturelle - pas assez étudié jusqu'à aujourd'hui - est d'exploiter les environnements sans fil denses et d'ajouter de grande mémoire à leurs noeuds (par exemple sur les stations de base) où le contenu populaire peut être mis en cache. De cette façon, * une partie de la demande sera servi par des noeuds qui sont a la proximité sans surcharger le backhaul. ** le service pour l'utilisateur va se améliorer, puisque le service souffrira moins de retard et le fil d'attente moins des temps sans données a servir. Pour intégrer le changement technologique de Big Data (un exemple étant l'Internet-des-Choses, Internet-of-Things) dans le réseau sans fil d'aujourd'hui, les architectes de réseaux doivent détourner l'attention vers le contenu; sa diffusion dans le réseau, et sa gestion. Les réseaux existants deviennent de plus en plus densifié, alors que leurs noeuds peuvent être équipés de pas cher, grande mémoire, destiné à la mise en cache de contenu.

  • Titre traduit

    Optimal Content Management and Dimensioning in Wireless Networks


  • Résumé

    In recent years we experience an explosion related to the mass of data created and exchanged online. Content - and especially multimedia content - is the holy grail of today's networks. From a user's point of view the level of service satisfaction depends strongly on the plurality and quality of content received. Consequently, content becomes the focus of design in contemporary communications. Furthermore, wireless networks constitute an important element of future content delivery networks. These are planned to serve a constantly increasing number of internet users asking for connectivity and access everytime/everywhere. Considering wireless networks, a contemporary design trend should be taken into account: Densification. The concept is that higher throughput can be achieved by deploying additional nodes (e.g. small base stations (pico/femto cells) inside existing cells). Another related aspect is the overlap of cellular network and WiFi hotspots for the internet coverage of wireless users, proposed by most providers today. A step further is suggested for the 5G cellular network, with Device-To-Device (D-2-D) communications. In such dense topologies, the amount of traffic will soon be too much to be served by single source nodes. On the contrary, performance improvements can be achieved when many copies of the same content are spread throughout the network, increasing the possibility to find one close to the requesting user. This idea has already started being studied and has led to the Information Centric Network (ICN) proposal. A natural extension - not well studied until today - is to exploit dense wireless environments and add large memory to their nodes (e.g. (small) base stations) where popular content can be cached. In this way, * part of the demand will be served from close-by nodes without overburdening the backhaul. ** the user experience will improve, since service will suffer less delay and buffer starvation issues. In order to integrate the coming technological shift to a Big Data reality (an example being the Internet-of-Things), today's wireless network architects need to shift focus towards Content; its diffusion inside the network, and its management. Existing networks become more and more densified, whereas their nodes can be equipped with cheap, large memory destined for content caching. The aim of this thesis is twofold. (1) To propose optimal or near-optimal cache management policies for wireless networks and to evaluate their performance, taking implementation issues into account (complexity and signalling overhead). The policies will be adjusted to today's and future content plurality as well as to physical requirements and constraints imposed by the wireless medium. (2) To propose dimensioning rules (memory size and placement) based on these policies, that can improve both the backhaul traffic and the Quality-of-Service/Quality-of-Experience of the served user.