Scenarios and research issues for a network of information

This paper describes ideas and items of work within the framework of the EU-funded 4WARD project. We present scenarios where the current host-centric approach to infor- mation storage and retrieval is ill-suited for and explain how a new networking paradigm emerges, by adopting the information-centric network architecture approach, which we call Network of Information (NetInf). NetInf capital- izes on a proposed identifier/locator split and allows users to create, distribute, and retrieve information using a com- mon infrastructure without tying data to particular hosts. NetInf introduces the concepts of information and data ob- jects. Data objects correspond to the particular bits and bytes of a digital object, such as text file, a specific encod- ing of a song or a video. Information objects can be used to identify other objects irrespective of their particular dig- ital representation. After discussing the benefits of such an indirection, we consider the impact of NetInf with respect to naming and governance in the Future Internet. Finally, we provide an outlook on the research scope of NetInf along with items for future work

İçerik Yönetim Sisteminde Kullanılabilirlik Yapılarının İncelenmesi

The internet provides a media-rich navigational environment where people interact with computer systems. This interactive relationship between humans and computers can be explored from a socio-technical philosophy. Thus, investigating individual behaviors toward new information technologies based on their experiences with the internet technology in general, and content management in particular emerged as an alternative stream of research. Since users' behaviors are heavily influenced by web sites usability, this study is aimed at exploring multidimensionalty in usability constructs of a content management system. The findings indicate that multidimensional model - at least- with two upper constructs exist in usability. This finding supports the socio-technical perspective in usability in that content presentation and architectural design were perceived as separate constructs by participants.İnternet, bireylerin bilgisayar sistemleri ile etkileşim sağladığı medya açısından zengin bir ortam sunmaktadır. Bilgisayarlar ve bireylar arasındaki bu etkileşimli ortam, sosyoteknik bir açıdan incelenebilir. Bu nedenle, bireylerin yeni teknolojiye yönelik davranışlarını, internet teknolojileri ile olan deneyimlerine ve içerik yönetimine dayalı olarak inceleme, araştırmalarda alternatif bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Bireylerin davranışları, web sitelerinin kullanışlılığından çok fazla etkilenmektedir. Bu görüşten hareketle bu çalışmanın amacı, bir içerik yönetim sisteminin kullanışlılık yapılarını çok boyutluluk açısından araştırmaktır. Bulgular, kullanışlılık açısından en az iki olmak üzere model olarak çok boyutlu bir yapının varlığını göstermektedir. Bu bulgu, kullanışlılık açısından sosyoteknik bakış açısı ile içerik sunumunun ve mimari tasarımın farklı yapılar olarak ele alınması gerektiği görüşünü desteklemektedir

Minimization of Delivery Cost inContent Delivery Networks With Multilevel Hierarchical Architecture

В статье предлагается модель многоуровневого кэширования в Content Delivery Networks, обеспечивающая минимизацию стоимости доставки Web-контентов конечным потребителям. Минимизация стоимости доставки достигается интегрированным подходом к решению задач: оптимальное распределение запросов, определение оптимальных точек расположения серверов и оптимальное распределение контент-реплик по серверам. Предложенная модель сводится к задаче дискретного программирования

Balance content allocation scheme for peer-service area CDN architecture for IPTV services

One of the main problems in IPTV technology is how to manage the huge amount of multimedia contents efficiently to meet the demands of users especially for Video on Demand (VoD) services.Content Distribution Networks (CDN) are used to solve this problem but the problem of load imbalance among servers still exists due to the dynamic changes in contents and user interests in an IPTV environment.In the VoD context, many content storage management architecture models are proposed: single point, hierarchal, distributed, and service peer area architectures.In the this paper we choose peer-service area architecture for CDN to study the load imbalance problem and try to handle it by modifying peer-service area architecture and proposing a balanced content allocation scheme that solves the load imbalance problem by replicating the contents based on their popularity.Experimental results show that this proposed allocation scheme can maintain the load balancing among servers and avoid over/under utilization of servers

Hierarchical distributed fog-to-cloud data management in smart cities

There is a vast amount of data being generated every day in the world with different formats, quality levels, etc. This new data, together with the archived historical data, constitute the seed for future knowledge discovery and value generation in several fields of science and big data environments. Discovering value from data is a complex computing process where data is the key resource, not only during its processing, but also during its entire life cycle. However, there is still a huge concern about how to organize and manage this data in all fields for efficient usage and exploitation during all data life cycles. Although several specific Data LifeCycle (DLC) models have been recently defined for particular scenarios, we argue that there is no global and comprehensive DLC framework to be widely used in different fields. In particular scenario, smart cities are the current technological solutions to handle the challenges and complexity of the growing urban density. Traditionally, Smart City resources management rely on cloud based solutions where sensors data are collected to provide a centralized and rich set of open data. The advantages of cloud-based frameworks are their ubiquity, as well as an (almost) unlimited resources capacity. However, accessing data from the cloud implies large network traffic, high latencies usually not appropriate for real-time or critical solutions, as well as higher security risks. Alternatively, fog computing emerges as a promising technology to absorb these inconveniences. It proposes the use of devices at the edge to provide closer computing facilities and, therefore, reducing network traffic, reducing latencies drastically while improving security. We have defined a new framework for data management in the context of a Smart City through a global fog to cloud resources management architecture. This model has the advantages of both, fog and cloud technologies, as it allows reduced latencies for critical applications while being able to use the high computing capabilities of cloud technology. In this thesis, we propose many novel ideas in the design of a novel F2C Data Management architecture for smart cities as following. First, we draw and describe a comprehensive scenario agnostic Data LifeCycle model successfully addressing all challenges included in the 6Vs not tailored to any specific environment, but easy to be adapted to fit the requirements of any particular field. Then, we introduce the Smart City Comprehensive Data LifeCycle model, a data management architecture generated from a comprehensive scenario agnostic model, tailored for the particular scenario of Smart Cities. We define the management of each data life phase, and explain its implementation on a Smart City with Fog-to-Cloud (F2C) resources management. And then, we illustrate a novel architecture for data management in the context of a Smart City through a global fog to cloud resources management architecture. We show this model has the advantages of both, fog and cloud, as it allows reduced latencies for critical applications while being able to use the high computing capabilities of cloud technology. As a first experiment for the F2C data management architecture, a real Smart City is analyzed, corresponding to the city of Barcelona, with special emphasis on the layers responsible for collecting the data generated by the deployed sensors. The amount of daily sensors data transmitted through the network has been estimated and a rough projection has been made assuming an exhaustive deployment that fully covers all city. And, we provide some solutions to both reduce the data transmission and improve the data management. Then, we used some data filtering techniques (including data aggregation and data compression) to estimate the network traffic in this model during data collection and compare it with a traditional real system. Indeed, we estimate the total data storage sizes through F2C scenario for Barcelona smart citiesAl món es generen diàriament una gran quantitat de dades, amb diferents formats, nivells de qualitat, etc. Aquestes noves dades, juntament amb les dades històriques arxivades, constitueixen la llavor per al descobriment de coneixement i la generació de valor en diversos camps de la ciència i grans entorns de dades (big data). Descobrir el valor de les dades és un procés complex de càlcul on les dades són el recurs clau, no només durant el seu processament, sinó també durant tot el seu cicle de vida. Tanmateix, encara hi ha una gran preocupació per com organitzar i gestionar aquestes dades en tots els camps per a un ús i explotació eficients durant tots els cicles de vida de les dades. Encara que recentment s'han definit diversos models específics de Data LifeCycle (DLC) per a escenaris particulars, argumentem que no hi ha un marc global i complet de DLC que s'utilitzi àmpliament en diferents camps. En particular, les ciutats intel·ligents són les solucions tecnològiques actuals per fer front als reptes i la complexitat de la creixent densitat urbana. Tradicionalment, la gestió de recursos de Smart City es basa en solucions basades en núvol (cloud computing) on es recopilen dades de sensors per proporcionar un conjunt de dades obert i centralitzat. Les avantatges dels entorns basats en núvol són la seva ubiqüitat, així com una capacitat (gairebé) il·limitada de recursos. Tanmateix, l'accés a dades del núvol implica un gran trànsit de xarxa i, en general, les latències elevades no són apropiades per a solucions crítiques o en temps real, així com també per a riscos de seguretat més elevats. Alternativament, el processament de boira (fog computing) sorgeix com una tecnologia prometedora per absorbir aquests inconvenients. Proposa l'ús de dispositius a la vora per proporcionar recuirsos informàtics més propers i, per tant, reduir el trànsit de la xarxa, reduint les latències dràsticament mentre es millora la seguretat. Hem definit un nou marc per a la gestió de dades en el context d'una ciutat intel·ligent a través d'una arquitectura de gestió de recursos des de la boira fins al núvol (Fog-to-Cloud computing, o F2C). Aquest model té els avantatges combinats de les tecnologies de boira i de núvol, ja que permet reduir les latències per a aplicacions crítiques mentre es poden utilitzar les grans capacitats informàtiques de la tecnologia en núvol. En aquesta tesi, proposem algunes idees noves en el disseny d'una arquitectura F2C de gestió de dades per a ciutats intel·ligents. En primer lloc, dibuixem i descrivim un model de Data LifeCycle global agnòstic que aborda amb èxit tots els reptes inclosos en els 6V i no adaptats a un entorn específic, però fàcil d'adaptar-se als requisits de qualsevol camp en concret. A continuació, presentem el model de Data LifeCycle complet per a una ciutat intel·ligent, una arquitectura de gestió de dades generada a partir d'un model agnòstic d'escenari global, adaptat a l'escenari particular de ciutat intel·ligent. Definim la gestió de cada fase de la vida de les dades i expliquem la seva implementació en una ciutat intel·ligent amb gestió de recursos F2C. I, a continuació, il·lustrem la nova arquitectura per a la gestió de dades en el context d'una Smart City a través d'una arquitectura de gestió de recursos F2C. Mostrem que aquest model té els avantatges d'ambdues, la tecnologia de boira i de núvol, ja que permet reduir les latències per a aplicacions crítiques mentre es pot utilitzar la gran capacitat de processament de la tecnologia en núvol. Com a primer experiment per a l'arquitectura de gestió de dades F2C, s'analitza una ciutat intel·ligent real, corresponent a la ciutat de Barcelona, amb especial èmfasi en les capes responsables de recollir les dades generades pels sensors desplegats. S'ha estimat la quantitat de dades de sensors diàries que es transmet a través de la xarxa i s'ha realitzat una projecció aproximada assumint un desplegament exhaustiu que cobreix tota la ciutat.Postprint (published version

Hierarchical distributed fog-to-cloud data management in smart cities

There is a vast amount of data being generated every day in the world with different formats, quality levels, etc. This new data, together with the archived historical data, constitute the seed for future knowledge discovery and value generation in several fields of science and big data environments. Discovering value from data is a complex computing process where data is the key resource, not only during its processing, but also during its entire life cycle. However, there is still a huge concern about how to organize and manage this data in all fields for efficient usage and exploitation during all data life cycles. Although several specific Data LifeCycle (DLC) models have been recently defined for particular scenarios, we argue that there is no global and comprehensive DLC framework to be widely used in different fields. In particular scenario, smart cities are the current technological solutions to handle the challenges and complexity of the growing urban density. Traditionally, Smart City resources management rely on cloud based solutions where sensors data are collected to provide a centralized and rich set of open data. The advantages of cloud-based frameworks are their ubiquity, as well as an (almost) unlimited resources capacity. However, accessing data from the cloud implies large network traffic, high latencies usually not appropriate for real-time or critical solutions, as well as higher security risks. Alternatively, fog computing emerges as a promising technology to absorb these inconveniences. It proposes the use of devices at the edge to provide closer computing facilities and, therefore, reducing network traffic, reducing latencies drastically while improving security. We have defined a new framework for data management in the context of a Smart City through a global fog to cloud resources management architecture. This model has the advantages of both, fog and cloud technologies, as it allows reduced latencies for critical applications while being able to use the high computing capabilities of cloud technology. In this thesis, we propose many novel ideas in the design of a novel F2C Data Management architecture for smart cities as following. First, we draw and describe a comprehensive scenario agnostic Data LifeCycle model successfully addressing all challenges included in the 6Vs not tailored to any specific environment, but easy to be adapted to fit the requirements of any particular field. Then, we introduce the Smart City Comprehensive Data LifeCycle model, a data management architecture generated from a comprehensive scenario agnostic model, tailored for the particular scenario of Smart Cities. We define the management of each data life phase, and explain its implementation on a Smart City with Fog-to-Cloud (F2C) resources management. And then, we illustrate a novel architecture for data management in the context of a Smart City through a global fog to cloud resources management architecture. We show this model has the advantages of both, fog and cloud, as it allows reduced latencies for critical applications while being able to use the high computing capabilities of cloud technology. As a first experiment for the F2C data management architecture, a real Smart City is analyzed, corresponding to the city of Barcelona, with special emphasis on the layers responsible for collecting the data generated by the deployed sensors. The amount of daily sensors data transmitted through the network has been estimated and a rough projection has been made assuming an exhaustive deployment that fully covers all city. And, we provide some solutions to both reduce the data transmission and improve the data management. Then, we used some data filtering techniques (including data aggregation and data compression) to estimate the network traffic in this model during data collection and compare it with a traditional real system. Indeed, we estimate the total data storage sizes through F2C scenario for Barcelona smart citiesAl món es generen diàriament una gran quantitat de dades, amb diferents formats, nivells de qualitat, etc. Aquestes noves dades, juntament amb les dades històriques arxivades, constitueixen la llavor per al descobriment de coneixement i la generació de valor en diversos camps de la ciència i grans entorns de dades (big data). Descobrir el valor de les dades és un procés complex de càlcul on les dades són el recurs clau, no només durant el seu processament, sinó també durant tot el seu cicle de vida. Tanmateix, encara hi ha una gran preocupació per com organitzar i gestionar aquestes dades en tots els camps per a un ús i explotació eficients durant tots els cicles de vida de les dades. Encara que recentment s'han definit diversos models específics de Data LifeCycle (DLC) per a escenaris particulars, argumentem que no hi ha un marc global i complet de DLC que s'utilitzi àmpliament en diferents camps. En particular, les ciutats intel·ligents són les solucions tecnològiques actuals per fer front als reptes i la complexitat de la creixent densitat urbana. Tradicionalment, la gestió de recursos de Smart City es basa en solucions basades en núvol (cloud computing) on es recopilen dades de sensors per proporcionar un conjunt de dades obert i centralitzat. Les avantatges dels entorns basats en núvol són la seva ubiqüitat, així com una capacitat (gairebé) il·limitada de recursos. Tanmateix, l'accés a dades del núvol implica un gran trànsit de xarxa i, en general, les latències elevades no són apropiades per a solucions crítiques o en temps real, així com també per a riscos de seguretat més elevats. Alternativament, el processament de boira (fog computing) sorgeix com una tecnologia prometedora per absorbir aquests inconvenients. Proposa l'ús de dispositius a la vora per proporcionar recuirsos informàtics més propers i, per tant, reduir el trànsit de la xarxa, reduint les latències dràsticament mentre es millora la seguretat. Hem definit un nou marc per a la gestió de dades en el context d'una ciutat intel·ligent a través d'una arquitectura de gestió de recursos des de la boira fins al núvol (Fog-to-Cloud computing, o F2C). Aquest model té els avantatges combinats de les tecnologies de boira i de núvol, ja que permet reduir les latències per a aplicacions crítiques mentre es poden utilitzar les grans capacitats informàtiques de la tecnologia en núvol. En aquesta tesi, proposem algunes idees noves en el disseny d'una arquitectura F2C de gestió de dades per a ciutats intel·ligents. En primer lloc, dibuixem i descrivim un model de Data LifeCycle global agnòstic que aborda amb èxit tots els reptes inclosos en els 6V i no adaptats a un entorn específic, però fàcil d'adaptar-se als requisits de qualsevol camp en concret. A continuació, presentem el model de Data LifeCycle complet per a una ciutat intel·ligent, una arquitectura de gestió de dades generada a partir d'un model agnòstic d'escenari global, adaptat a l'escenari particular de ciutat intel·ligent. Definim la gestió de cada fase de la vida de les dades i expliquem la seva implementació en una ciutat intel·ligent amb gestió de recursos F2C. I, a continuació, il·lustrem la nova arquitectura per a la gestió de dades en el context d'una Smart City a través d'una arquitectura de gestió de recursos F2C. Mostrem que aquest model té els avantatges d'ambdues, la tecnologia de boira i de núvol, ja que permet reduir les latències per a aplicacions crítiques mentre es pot utilitzar la gran capacitat de processament de la tecnologia en núvol. Com a primer experiment per a l'arquitectura de gestió de dades F2C, s'analitza una ciutat intel·ligent real, corresponent a la ciutat de Barcelona, amb especial èmfasi en les capes responsables de recollir les dades generades pels sensors desplegats. S'ha estimat la quantitat de dades de sensors diàries que es transmet a través de la xarxa i s'ha realitzat una projecció aproximada assumint un desplegament exhaustiu que cobreix tota la ciutat

Energy efficiency in content delivery networks

The increasing popularity of bandwidth-intensive video Internet services has positioned Content Distribution Networks (CDNs) in the limelight as the emerging provider platforms for video delivery. The goal of CDNs is to maximise the availability of content in the network while maintaining the quality of experience expected by users. This is a challenging task due to the scattered nature of video content sources and destinations. Furthermore, the high energy consumption associated with content distribution calls for developing energy-efficient solutions able to cater for the future Internet. This thesis addresses the problem of content placement and update while considering energy consumption in CDNs. First, this work contributed a new energy-efficient caching scheme that stores the most popular content at the edge of the core network and optimises the size of cached content to minimise energy usage. It takes into account the trend of daily traffic and recommends putting inactive segments of caches in sleep-mode during off-peak hours. Our results showed that power minimisation is achieved by deploying switch-off capable caches, and the trend of active cache segments over the time of day follows the trend of traffic. Second, the study explores different content popularity distributions and determines their influence on power consumption. The distribution of content popularity dictates the resultant cache hit ratio achieved by storing a certain number of videos. Therefore, it directly influences the power consumption of the cache. The evaluation results indicated that under video services where the popularity of content is very diverse, the optimum solution is to store the few most popular videos in caches. In contrast, when video popularities are similar, the most power efficient scheme is either to cache the whole library or to avoid caching completely depending on the size of the video library. Third, this thesis contributed an evaluation of the power consumption of the network under real world TV data and considering standard and high definition TV programmes. We proposed a cache replacement algorithm based on the predictable nature of TV viewings. The time-driven proactive cache replacement algorithm replaces cache contents several times a day to minimise power consumption. The algorithm achieves major power savings on top of the power reductions introduced by caching. CDNs are expected to continue to be the backbone for Internet video applications. This work has shown that storing the right amount of popular videos in core caches reduces from 42% to 72% of network power consumption considering a range of content popularity distributions. Maintaining up-to-date cache contents reduces up to 48% and 86% of power consumption considering fixed and sleep-mode capable caches, respectively. Reducing the energy consumption of CDNs provides a valuable contribution for future green video delivery

Estudio, análisis y desarrollo de una red de distribución de contenido y su algoritmo de redirección de usuarios para servicios web y streaming

Esta tesis se ha creado en el marco de la línea de investigación de Mecanismos de Distribución de Contenidos en Redes IP, que ha desarrollado su actividad en diferentes proyectos de investigación y en la asignatura ¿Mecanismos de Distribución de Contenidos en Redes IP¿ del programa de doctorado ¿Telecomunicaciones¿ impartido por el Departamento de Comunicaciones de la UPV y, actualmente en el Máster Universitario en Tecnologías, Sistemas y Redes de Comunicación. El crecimiento de Internet es ampliamente conocido, tanto en número de clientes como en tráfico generado. Esto permite acercar a los clientes una interfaz multimedia, donde pueden concurrir datos, voz, video, música, etc. Si bien esto representa una oportunidad de negocio desde múltiples dimensiones, se debe abordar seriamente el aspecto de la escalabilidad, que pretende que el rendimiento medio de un sistema no se vea afectado conforme aumenta el número de clientes o el volumen de información solicitada. El estudio y análisis de la distribución de contenido web y streaming empleando CDNs es el objeto de este proyecto. El enfoque se hará desde una perspectiva generalista, ignorando soluciones de capa de red como IP multicast, así como la reserva de recursos, al no estar disponibles de forma nativa en la infraestructura de Internet. Esto conduce a la introducción de la capa de aplicación como marco coordinador en la distribución de contenido. Entre estas redes, también denominadas overlay networks, se ha escogido el empleo de una Red de Distribución de Contenido (CDN, Content Delivery Network). Este tipo de redes de nivel de aplicación son altamente escalables y permiten un control total sobre los recursos y funcionalidad de todos los elementos de su arquitectura. Esto permite evaluar las prestaciones de una CDN que distribuya contenidos multimedia en términos de: ancho de banda necesario, tiempo de respuesta obtenido por los clientes, calidad percibida, mecanismos de distribución, tiempo de vida al utilizar caching, etc. Las CDNs nacieron a finales de la década de los noventa y tenían como objetivo principal la eliminación o atenuación del denominado efecto flash-crowd, originado por una afluencia masiva de clientes. Actualmente, este tipo de redes está orientando la mayor parte de sus esfuerzos a la capacidad de ofrecer streaming media sobre Internet. Para un análisis minucioso, esta tesis propone un modelo inicial de CDN simplificado, tanto a nivel teórico como práctico. En el aspecto teórico se expone un modelo matemático que permite evaluar analíticamente una CDN. Este modelo introduce una complejidad considerable conforme se introducen nuevas funcionalidades, por lo que se plantea y desarrolla un modelo de simulación que permite por un lado, comprobar la validez del entorno matemático y, por otro lado, establecer un marco comparativo para la implementación práctica de la CDN, tarea que se realiza en la fase final de la tesis. De esta forma, los resultados obtenidos abarcan el ámbito de la teoría, la simulación y la práctica.Molina Moreno, B. (2013). Estudio, análisis y desarrollo de una red de distribución de contenido y su algoritmo de redirección de usuarios para servicios web y streaming [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31637TESI