Towards Scalable and Affordable Content Distribution Services

peer reviewe

A wireless multicast delivery architecture for mobile terminals

Content delivery over the Internet to a large number of mobile users offers interesting business opportunities for content providers, intermediaries, and access network operators. A user could receive, for example, music or a digital newspaper directly to a mobile device over wireless networks. Currently, content delivery over the Internet is held back by a number of reasons. Existing network technologies, such as GPRS, have a very limited capacity to transfer large files, such as those required for good-quality pictures in a newspaper. Another problem is security. Content received over the Internet is very vulnerable to being forged. A user who cannot be certain about the source and consistency of the received stock quotes is unlikely to pay for the information. Furthermore, content providers are unwilling to distribute their valuable information over the Internet due to their fear of copyright infringements. Traditionally, content has been considered consumed as soon as it has been downloaded. Content providers have been keen on preventing their content from being transferred over peer-to-peer networks because they consider the delivery itself to be a copyright infringement. In this dissertation, content delivery is separated from content consumption by encrypting the content before delivery. When the users wishes to consume the content, a license which includes the decryption key is provided. The architecture allows content to be delivered to users' devices even before the user commits to consume the content. The user can choose to receive content whenever downloading it is the most convenient and affordable. Thus, the content providers are able to maintain control over the use of their information even after the data has been transferred to the users' terminals. In addition, content received by users can be strongly source authenticated. The architecture allows secure, efficient and reliable delivery of content to a large group of receivers. The architecture does not commit itself to any specific delivery technique, and the content can be delivered using any delivery technique including multicast, broadcast, unicast, and peer-to-peer. This dissertation focuses mostly on multicast as the delivery technique. The efficiency of the multicast delivery over unreliable heterogenous wireless access networks is thoroughly analyzed. Mobile terminals can seamlessly switch between access points and access technologies while continuing to receive data reliably from the network. The multicast delivery uses adaptive error correction and retransmissions to deliver the content as efficiently as possible to a very large number of receivers. The simulations show, that the vast majority of receivers are able to receive the content reliably with a small delay even when the radio network suffers from high packet loss probability. Although the architecture is designed to deliver content to mobile terminals, it is also suitable for delivering content to terminals with fixed Internet connectivity.Digitaalisen sisällön siirtäminen liikkuville käyttäjille Internetin yli tarjoaa uusia liiketoimintamahdollisuuksia niin sisällöntuottajille, välittäjille kuin verkko-operaattoreille. Teknikkaa voidaan käyttää esimerkiksi musiikin tai sähköisten lehtien välittämiseen käyttäjille langattoman verkon kautta. Sisällön välittämistä Internetin kautta hankaloittaa yhä usea seikka. Nykyisin laajassa käytössä olevat verkkotekniikat, kuten GPRS, ovat liian hitaita siirtämään hyvin suuria tiedostoja suurelle määrällä vastaanottajia. Lisäksi väärennetyn tiedon välittäminen Internetin kautta on erittäin helppoa. Sisältö, jonka aitoudesta ja alkuperästä ei ole varmuutta, on usein arvotonta käyttäjälle. Sisällöntuottajat puolestaan ovat haluttomia käyttämään sisältönsä levittämiseen Internetiä mikäli digitaalisesti levitettävän sisällön kopioiminen ja oikeudeton kuluttaminen on liian helppoa. Perinteisesti sisältö ajatellaankin kulutetuksi jo sillä hetkellä, kun se on siirretty käyttäjän laitteeseen. Sen vuoksi sisällön tuottajat ovatkin käyttäneet paljon resursejaan estääkseen sisältönsä välittämisen vertaisverkoissa, koska jo pelkkää sisällön siirtämistä pidetään tekijänoikeusrikkomuksena. Tässä työssä erotetaan sisällön siirtäminen sisällön kuluttamisesta suojaamalla sisältö salauksella ennen sen siirtämistä käyttäjille ja sallimalla vapaa salatun sisällön jakelu. Arkkitehtuuri mahdollistaa sisällön siirtämisen käyttäjien laitteille silloin kun sisällön siirtäminen on edullisinta ja tehokkainta. Vasta käyttäjän halutessa kuluttaa aiemmin lataamaansa sisältöä, tarkistetaan oikeis sisällön käyttöön. Arkkitehtuuri mahdollistaa myös ladatun sisällön alkuperän ja eheyden vahvan tarkistamisen. Arkkitehtuuri mahdollistaa turvallisen, tehokkaan ja luotettavan sisällön siirtämisen suurelle määrälle vastaanottajia. Arkkitehtuuri ei pakota sisällön jakelua käyttämään mitään tiettyä siirtomenetelmää vaan sisältö voidaan siirtää käyttäen esimerkiksi ryhmälähetystä (multicast), joukkolähetystä (broadcast), täsmälähetystä (unicast) tai vertaisverkkoja (peer-to-peer). Tässä työssä on keskitytty analysoimaan ryhmälähetyksen soveltuvuutta tiedon siirtomenetelmänä. Ryhmälähetysmenetelmän tehokkuutta on analysoitu siirrettäessä sisältöä heterogeenisen langattoman liityntäverkon yli. Liikkuvat päätelaitteet voivat siirtyä saumattomasti liityntäverkosta toiseen samalla kun ne vastaanottavat sisältöä. Ryhmälähetys hyödyntää adaptiivista virheenkorjausta ja uudelleenlähetyksiä siirtääkseen sisällönmahdollisimman tehokkaasti suurelle joukolle vastaanottajia. Simulaatiot osoittavat, että erittäin suuri osa vastaanottajista saa sisällön luotettavasti ja pienellä viiveellä vaikka liityntäverkossa pakettien virhetodennäköisyys olisi suuri. Arkkitehtuuri on suunniteltu siirtämään sisältöä liikkuville laitteille, mutta sitä voidaan käyttää yhtä hyvin myös kiinteään verkkoon liitettyjen laitteiden kanssa.reviewe

Taking advantage of distributed multicast video to deliver and manipulate television

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts and Sciences, 2001.Includes bibliographical references (p. 57-60).Protocols exist to scalably multicast data to any number of clients. Scalability problems exist because some systems unacceptably increase the load on the server as more clients are added. Scalability can be achieved by hierarchically partitioning the network and by handling error correction between clients. One application for network multicasting is the distribution of video in the same way that television is delivered, replacing the standard antenna or cable service with a digital network using IP. However, clients using multicast implementations, such as the Scalable Media Delivery System, are not equipped to handle display of video in real time. Flaws in the current multicast implementation are identified, and methods of optimization are explored and tested for effectiveness. These optimizations will allow video to be displayed in real time over a network and to appear to the end-user to act like a cable TV system. Accessing the video on clients is done with an innovative interface that allows the user to "carry" the video with him as he travels to different physical locations in the network.by Constantine Kleomenis Christakos.S.M

Network Coding Enabled Named Data Networking Architectures

The volume of data traffic in the Internet has increased drastically in the last years, mostly due to data intensive applications like video streaming, file sharing, etc.. This motivates the development of new communication methods that can deal with the growing volume of data traffic. To this aim, Named Data Networking (NDN) has been proposed as a future Internet architecture that changes how the Internet works, from the exchange of content between particular nodes of the network, to retrieval of particular content in the network. The NDN architecture enables ubiquitous in-network caching and naturally supports dynamic selection of content sources, characteristics that fit well with the communication needs of data intensive applications. However, the performance of data intensive applications is degraded by the limited throughput seen by applications, which can be caused by (i) limited bandwidth, (ii) network bottlenecks and (iii) packet losses. In this thesis, we argue that introducing network coding into the NDN architecture improves the performance of NDN-based data intensive applications by alleviating the three issues presented above. In particular, network coding (i) enables efficient multipath data retrieval in NDN, which allows nodes to aggregate all the bandwidth available through their multiple interfaces; (ii) allows information from multiple sources to be combined at the intermediate routers, which alleviates the impact of network bottlenecks; and (iii) enables clients to efficiently handle packet losses. This thesis first provides an architecture that enables network coding in NDN for data intensive applications. Then, a study demonstrates and quantifies the benefits that network coding brings to video streaming over NDN, a particular data intensive application. To study the benefits that network coding brings in a more realistic NDN scenario, this thesis finally provides a caching strategy that is used when the in-network caches have limited capacity. Overall, the evaluation results show that the use of network coding permits to exploit more efficiently available network resources, which leads to reduced data traffic load on the sources, increased cache-hit rate at the in-network caches and faster content retrieval at the clients. In particular, for video streaming applications, network coding enables clients to watch higher quality videos compared to using traditional NDN, while it also reduces the video servers' load. Moreover, the proposed caching strategy for network coding enabled NDN maintains the benefits that network coding brings to NDN even when the caches have limited storage space