On service optimization in community network micro-clouds

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyInternet coverage in the world is still weak and local communities are required to come together and build their own network infrastructures. People collaborate for the common goal of accessing the Internet and cloud services by building Community networks (CNs). The use of Internet cloud services has grown over the last decade. Community network cloud infrastructures (i.e. micro-clouds) have been introduced to run services inside the network, without the need to consume them from the Internet. CN micro-clouds aims for not only an improved service performance, but also an entry point for an alternative to Internet cloud services in CNs. However, the adaptation of the services to be used in CN micro-clouds have their own challenges since the use of low-capacity devices and wireless connections without a central management is predominant in CNs. Further, large and irregular topology of the network, high software and hardware diversity and different service requirements in CNs, makes the CN micro-clouds a challenging environment to run local services, and to achieve service performance and quality similar to Internet cloud services. In this thesis, our main objective is the optimization of services (performance, quality) in CN micro-clouds, facilitating entrance to other services and motivating members to make use of CN micro-cloud services as an alternative to Internet services. We present an approach to handle services in CN micro-cloud environments in order to improve service performance and quality that can be approximated to Internet services, while also giving to the community motivation to use CN micro-cloud services. Furthermore, we break the problem into different levels (resource, service and middleware), propose a model that provides improvements for each level and contribute with information that helps to support the improvements (in terms of service performance and quality) in the other levels. At the resource level, we facilitate the use of community devices by utilizing virtualization techniques that isolate and manage CN micro-cloud services in order to have a multi-purpose environment that fosters services in the CN micro-cloud environment. At the service level, we build a monitoring tool tailored for CN micro-clouds that helps us to analyze service behavior and performance in CN micro-clouds. Subsequently, the information gathered enables adaptation of the services to the environment in order to improve their quality and performance under CN environments. At the middleware level, we build overlay networks as the main communication system according to the social information in order to improve paths and routes of the nodes, and improve transmission of data across the network by utilizing the relationships already established in the social network or community of practices that are related to the CNs. Therefore, service performance in CN micro-clouds can become more stable with respect to resource usage, performance and user perceived quality.Acceder a Internet sigue siendo un reto en muchas partes del mundo y las comunidades locales se ven en la necesidad de colaborar para construir sus propias infraestructuras de red. Los usuarios colaboran por el objetivo común de acceder a Internet y a los servicios en la nube construyendo redes comunitarias (RC). El uso de servicios de Internet en la nube ha crecido durante la última década. Las infraestructuras de nube en redes comunitarias (i.e., micronubes) han aparecido para albergar servicios dentro de las mismas redes, sin tener que acceder a Internet para usarlos. Las micronubes de las RC no solo tienen por objetivo ofrecer un mejor rendimiento, sino también ser la puerta de entrada en las RC hacia una alternativa a los servicios de Internet en la nube. Sin embargo, la adaptación de los servicios para ser usados en micronubes de RC conlleva sus retos ya que el uso de dispositivos de recursos limitados y de conexiones inalámbricas sin una gestión centralizada predominan en las RC. Más aún, la amplia e irregular topología de la red, la diversidad en el hardware y el software y los diferentes requisitos de los servicios en RC convierten en un desafío albergar servicios locales en micronubes de RC y obtener un rendimiento y una calidad del servicio comparables a los servicios de Internet en la nube. Esta tesis tiene por objetivo la optimización de servicios (rendimiento, calidad) en micronubes de RC, facilitando la entrada a otros servicios y motivando a sus miembros a usar los servicios en la micronube de RC como una alternativa a los servicios en Internet. Presentamos una aproximación para gestionar los servicios en entornos de micronube de RC para mejorar su rendimiento y calidad comparable a los servicios en Internet, a la vez que proporcionamos a la comunidad motivación para usar los servicios de micronube en RC. Además, dividimos el problema en distintos niveles (recursos, servicios y middleware), proponemos un modelo que proporciona mejoras para cada nivel y contribuye con información que apoya las mejoras (en términos de rendimiento y calidad de los servicios) en los otros niveles. En el nivel de los recursos, facilitamos el uso de dispositivos comunitarios al emplear técnicas de virtualización que aíslan y gestionan los servicios en micronubes de RC para obtener un entorno multipropósito que fomenta los servicios en el entorno de micronube de RC. En el nivel de servicio, construimos una herramienta de monitorización a la medida de las micronubes de RC que nos ayuda a analizar el comportamiento de los servicios y su rendimiento en micronubes de RC. Luego, la información recopilada permite adaptar los servicios al entorno para mejorar su calidad y rendimiento bajo las condiciones de una RC. En el nivel de middleware, construimos redes de overlay que actúan como el sistema de comunicación principal de acuerdo a información social para mejorar los caminos y las rutas de los nodos y mejoramos la transmisión de datos a lo largo de la red al utilizar las relaciones preestablecidas en la red social o la comunidad de prácticas que están relacionadas con las RC. De este modo, el rendimiento en las micronubes de RC puede devenir más estable respecto al uso de recursos, el rendimiento y la calidad percibidas por el usuario.Postprint (published version

Socially aware microcloud service overlay optimization in community networks

Community networks are a growing network cooperation effort by citizens to build and maintain Internet infrastructure in regions that are not available. Adding that, to bring cloud services to community networks (CNs), microclouds were started as an edge cloud computing model where members cooperate using resources. Therefore, enhancing routing for services in CNs is an attractive paradigm that benefits the infrastructure. The problem is the growing consumption of resources for disseminating messages in the CN environment. This is because the services that build their overlay networks are oblivious to the underlying workload patterns that arise from social cooperation in CNs. In this paper, we propose Select in Community Networks (SELECTinCN), which enhances the overlay creation for pub/sub systems over peer-to-peer (P2P) networks. Moreover, SELECTinCN includes social information based on cooperation within CNs by exploiting the social aspects of the community of practice. Our work organizes the peers in a ring topology and provides an adaptive P2P connection establishment algorithm, where each peer identifies the number of connections needed based on the social structure and user availability. This allows us to propagate messages using a reduced number of hops, thus providing an efficient heuristic to an NP-hard problem that maps the workload graph to the structured P2P overlays resulting in a number of messages close to the theoretical minimum. Experiments show that, by using social network information, SELECTinCN reduces the number of relay nodes by up to 89% using the community of practice information versus the state-of-the-art pub/sub notification systems given as baseline.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Mathematical analysis of scheduling policies in peer-to-peer video streaming networks

Las redes de pares son comunidades virtuales autogestionadas, desarrolladas en la capa de aplicación sobre la infraestructura de Internet, donde los usuarios (denominados pares) comparten recursos (ancho de banda, memoria, procesamiento) para alcanzar un fin común. La distribución de video representa la aplicación más desafiante, dadas las limitaciones de ancho de banda. Existen básicamente tres servicios de video. El más simple es la descarga, donde un conjunto de servidores posee el contenido original, y los usuarios deben descargar completamente este contenido previo a su reproducción. Un segundo servicio se denomina video bajo demanda, donde los pares se unen a una red virtual siempre que inicien una solicitud de un contenido de video, e inician una descarga progresiva en línea. El último servicio es video en vivo, donde el contenido de video es generado, distribuido y visualizado simultáneamente. En esta tesis se estudian aspectos de diseño para la distribución de video en vivo y bajo demanda. Se presenta un análisis matemático de estabilidad y capacidad de arquitecturas de distribución bajo demanda híbridas, asistidas por pares. Los pares inician descargas concurrentes de múltiples contenidos, y se desconectan cuando lo desean. Se predice la evolución esperada del sistema asumiendo proceso Poisson de arribos y egresos exponenciales, mediante un modelo determinístico de fluidos. Un sub-modelo de descargas secuenciales (no simultáneas) es globalmente y estructuralmente estable, independientemente de los parámetros de la red. Mediante la Ley de Little se determina el tiempo medio de residencia de usuarios en un sistema bajo demanda secuencial estacionario. Se demuestra teóricamente que la filosofía híbrida de cooperación entre pares siempre desempeña mejor que la tecnología pura basada en cliente-servidor

ACTA and the Specter of Graduated Response

This short paper, prepared for a workshop on the Anti-Counterfeiting Trade Agreement (ACTA) and the Public Interest at American University’s Washington College of Law, considers the draft Internet provisions of ACTA in the context of concerns raised in the media that the treaty will require signatories to mandate graduated response regimes (à la France’s controversial HADOPI system) for online copyright enforcement. Although the Consolidated Text of ACTA, released in late April, confirms that mandatory graduated response is off the table for the treaty’s negotiators, the treaty in its current form both accommodates and promotes the adoption of graduated response. Moreover, opponents of graduated response should be wary of the fact that public law mechanisms—be they domestic or international—are not the only means by which graduated response can effectively become the law for Internet users. The United States and Ireland provide examples of the trend toward private ordering in the project of online copyright enforcement

Optimización de la estrategia de selección de piezas de video en redes P2P.

El tráfico debido a redes Peer-to-Peer (P2P) sobre la infraestructura de Internet es superior a la suma de las restantes aplicaciones. Si bien esto último es un gran desafío económico para los proveedores de servicios de Internet, las prestaciones de estas redes son tan importantes en la actualidad (interactividad y comunicación multimedia, descarga de contenidos de video, música, transacciones y trabajos cooperativos, entre tantos otros) que motivan a promover políticas de diseño tanto eficaces como eficientes. Las redes P2P imponen un nuevo paradigma de comunicación en base a la cooperación entre pares, que se contrasta con los anteriores modelos cliente-servidor. Ahora los contenidos se fraccionan y distribuyen en la red. Los pares se benefician de los recursos de los restantes para lograr obtener el contenido entero. Hay dos elementos estratégicos claves en el diseño de redes de pares: la decisión de pares con los cuales cooperar, o “estrategia de selección de pares”, y las piezas que se deben descargar una vez establecida la comunicación con un par, o “estrategia de selección de piezas”. Esta tesis se concentra en la estrategia de selección de piezas. En base a un modelo matemático simple, se proponen nuevas técnicas de estrategia de selección de piezas, que superan la calidad de anteriores técnicas. Se introduce un Problema de Optimización Combinatoria (COP) centrado en la calidad de experiencia (QoE), cuyo conjunto de variables de decisión es el de estrategias de selección de piezas. La experiencia en la resolución de este problema sugiere bondades en ciertas estrategias. Las mismas se introducen en una plataforma real de videostreaming denominada GoalBit, que es la primera red P2P cuyos protocolos y códigos son públicos, y posee amplia difusión actualmente en Internet

ACTA and the Specter of Graduated Response

This short paper, prepared for a workshop on the Anti-Counterfeiting Trade Agreement (ACTA) and the Public Interest at American University’s Washington College of Law, considers the draft Internet provisions of ACTA in the context of concerns raised in the media that the treaty will require signatories to mandate graduated response regimes (à la France’s controversial HADOPI system) for online copyright enforcement. Although the Consolidated Text of ACTA, released in late April, confirms that mandatory graduated response is off the table for the treaty’s negotiators, the treaty in its current form both accommodates and promotes the adoption of graduated response. Moreover, opponents of graduated response should be wary of the fact that public law mechanisms—be they domestic or international—are not the only means by which graduated response can effectively become the law for Internet users. The United States and Ireland provide examples of the trend toward private ordering in the project of online copyright enforcement

GoalBit: la primer red P2P de distribución de video en vivo de código abierto y gratuita

Actualmente el tráfico sobre Internet se encuentra creciendo día a día, siendo la distribución de video el principal impulsor de dicho aumento. Tal como se presenta en [32], hoy en día el 40% del tráfico total de Internet se corresponde con la distribución de contenidos audiovisuales, mientras que se espera que para el 2014 este alcance el 57%. A su vez, dentro de las diferentes formas de distribución de video, la distribución de video en vivo se encuentra creciendo en importancia. Debido a este contexto, en los últimos años se han desarrollado múltiples aplicaciones de streaming entre pares, o también llamados P2PTV (Peer-to-Peer TV). Algunos ejemplos de estas aplicaciones son PPlive [103], TVUnetwork [127], PPstream [104], SopCast [121], etc. Todas aplicaciones con protocolo e implementaciones cerradas.Dada esta realidad, este trabajo se centra en el diseño e implementación de GoalBit,la primer red P2P para la distribución de video en vivo, gratuita y de código abierto. Siguiendo el exitoso enfoque de BitTorrent [19], se diseña el GoalBit Transport Protocol,mediante el cual es posible distribuir un streaming de video en vivo sobre una red de pares. Se define el GoalBit Packetized Stream con el fin de especificar la forma de paquetizar un streaming de audio y video, encapsulándolo dentro del protocolo de transporte. En base a estas especificaciones, se apoya a la comunidad open-source en la implementación de un cliente de referencia llamado GoalBit.Tanto a nivel de pruebas empíricas, como en emulaciones realizadas, se observó que la estrategia de selección de piezas, la cual define que piezas un par debe solicitar a otro, es un factor de gran relevancia en la continuidad y latencia del streaming. En este tesis se extiende el trabajo [109], introduciendo una nueva estrategia de selección de piezas y comparándola con las presentadas en dicho trabajo. Por otro lado, se continua con el trabajo realizado en [110] sobre la medición de la calidad de experiencia mediante la tecnología PSQA, integrando dicha medición al cliente GoalBit,obteniendo de esta manera una visión global y completa del estado de la distribución del streaming en la red. Finalmente, a modo de validar nuestras ideas, se desarrollan un conjunto de extensiones al protocolo GoalBit, entre los que se encuentran el prototipo de una red de distribución de contenidos y un prototipo de un monitor de contenidos genérico. Tanto el cliente GoalBit, como sus extensiones fueron probados en escenarios reales, obteniendo resultados muy prometedores

Cognitive networking techniques on content distribution networks

First we want to design a strategy based on Artificial Intelligence (AI) techniques with the aim of increasing peers download performance. Some AI algorithms can find patterns in the information available to a peer locally, and use it to predict values that cannot be calculated by means of mathematical formulas. An important aspect of these techniques is that can be trained in order to improve its interpretation of the local available information. With this process they can make more accurate predictions and perform better results. We will use this prediction system to increase our knowledge about the swarm and the peers who are part of it. This global knowledge increase can be used to optimize the algorithms of BitTorrent and can represent a great improvement in peers download capacity. Our second challenge is to create a reduced group of peers (Crowd) that focus their efforts on improving the condition of the swarm through collaborative techniques. The basic idea of this approach is to organize a group of peers to act as a single node and focus them on getting all pieces of the content they are interested in. This involves avoiding, as far as possible, to download pieces that any of the members already have. The main goal of this technique consists of reaching as quickly as possible a copy of the content distributed between all members of the Crowd. Getting a distributed copy of the content is expected to increase the availability of parts and reduce dependence on the seeds (users who have the complete content), which would represent a great benefit for the whole swarm. Another aspect that we want to investigate is the use of a priority system among members of the Crowd. We consider that in certain situations to prioritize the Crowd peers at expense of regular peers can result in a significant increase of the download ratio

Measuring Infringement of Intellectual Property Rights

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