Improving Content Delivery Efficiency through Multi-Layer Mobile Edge Adaptation

This paper presents a novel architecture for optimizing the HTTP-based multimedia delivery in multi-user mobile networks. This proposal combines the usual client-driven dynamic adaptation scheme DASH-3GPP with network-assisted adaptation capabilities, in order to maximize the overall Quality of Experience. The foundation of this combined adaptation scheme is based on two state of the art technologies. On one hand, adaptive HTTP streaming with multi-layer encoding allows efficient media delivery and improves the experienced media quality in highly dynamic channels. Additionally, it enables the possibility to implement network-level adaptations for better coping with multi-user scenarios. On the other hand, mobile edge computing facilitates the deployment of mobile services close to the user. This approach brings new possibilities in modern and future mobile networks, such as close to zero delays and awareness of the radio status. The proposal in this paper introduces a novel element, denoted as Mobile Edge-DASH Adaptation Function, which combines all these advantages to support efficient media delivery in mobile multi-user scenarios. Furthermore, we evaluate the performance enhancements of this content- and user context-aware scheme through simulations of a mobile multimedia scenario.European Union H2020 programme: Grant Agreement H2020-ICT-671596. Spanish Ministerio de Economia y Competitividad (MINECO): grant TEC2013-46766-R

Distribuição de conteúdos over-the-top multimédia em redes sem fios

mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesHoje em dia a Internet é considerada um bem essencial devido ao facto de haver uma constante necessidade de comunicar, mas também de aceder e partilhar conteúdos. Com a crescente utilização da Internet, aliada ao aumento da largura de banda fornecida pelos operadores de telecomunicações, criaram-se assim excelentes condições para o aumento dos serviços multimédia Over-The-Top (OTT), demonstrado pelo o sucesso apresentado pelos os serviços Netflix e Youtube. O serviço OTT engloba a entrega de vídeo e áudio através da Internet sem um controlo direto dos operadores de telecomunicações, apresentando uma proposta atractiva de baixo custo e lucrativa. Embora a entrega OTT seja cativante, esta padece de algumas limitações. Para que a proposta se mantenha em crescimento e com elevados padrões de Qualidade-de-Experiência (QoE) para os consumidores, é necessário investir na arquitetura da rede de distribuição de conteúdos, para que esta seja capaz de se adaptar aos diversos tipos de conteúdo e obter um modelo otimizado com um uso cauteloso dos recursos, tendo como objectivo fornecer serviços OTT com uma boa qualidade para o utilizador, de uma forma eficiente e escalável indo de encontro aos requisitos impostos pelas redes móveis atuais e futuras. Esta dissertação foca-se na distribuição de conteúdos em redes sem fios, através de um modelo de cache distribuída entre os diferentes pontos de acesso, aumentando assim o tamanho da cache e diminuindo o tráfego necessário para os servidores ou caches da camada de agregação acima. Assim, permite-se uma maior escalabilidade e aumento da largura de banda disponível para os servidores de camada de agregação acima. Testou-se o modelo de cache distribuída em três cenários: o consumidor está em casa em que se considera que tem um acesso fixo, o consumidor tem um comportamento móvel entre vários pontos de acesso na rua, e o consumidor está dentro de um comboio em alta velocidade. Testaram-se várias soluções como Redis2, Cachelot e Memcached para servir de cache, bem como se avaliaram vários proxies para ir de encontro ás características necessárias. Mais ainda, na distribuição de conteúdos testaram-se dois algoritmos, nomeadamente o Consistent e o Rendezvouz Hashing. Ainda nesta dissertação utilizou-se uma proposta já existente baseada na previsão de conteúdos (prefetching ), que consiste em colocar o conteúdo nas caches antes de este ser requerido pelos consumidores. No final, verificou-se que o modelo distribuído com a integração com prefecthing melhorou a qualidade de experiência dos consumidores, bem como reduziu a carga nos servidores de camada de agregação acima.Nowadays, the Internet is considered an essential good, due to the fact that there is a need to communicate, but also to access and share information. With the increasing use of the Internet, allied with the increased bandwidth provided by telecommunication operators, it has created conditions for the increase of Over-the-Top (OTT) Multimedia Services, demonstrated by the huge success of Net ix and Youtube. The OTT service encompasses the delivery of video and audio through the Internet without direct control of telecommunication operators, presenting an attractive low-cost and pro table proposal. Although the OTT delivery is captivating, it has some limitations. In order to increase the number of clients and keep the high Quality of Experience (QoE) standards, an enhanced architecture for content distribution network is needed. Thus, the enhanced architecture needs to provide a good quality for the user, in an e cient and scalable way, supporting the requirements imposed by future mobile networks. This dissertation aims to approach the content distribution in wireless networks, through a distributed cache model among the several access points, thus increasing the cache size and decreasing the load on the upstream servers. The proposed architecture was tested in three di erent scenarios: the consumer is at home and it is considered that it has a xed access, the consumer is mobile between several access points in the street, the consumer is in a high speed train. Several solutions were evaluated, such as Redis2, Cachelot and Memcached to serve as caches, along with the evaluation of several proxies server in order to ful ll the required features. Also, it was tested two distributed algorithms, namely the Consistent and Rendezvous Hashing. Moreover, in this dissertation it was integrated a prefetching mechanism, which consists of inserting the content in caches before being requested by the consumers. At the end, it was veri ed that the distributed model with prefetching improved the consumers QoE as well as it reduced the load on the upstream servers

QoE-centric service delivery: A collaborative approach among OTTs and ISPs

The provisioning of the quality to end users is a major objective for the successful deployment of multimedia services over the Internet. It is more and more evident from past research and service deployments that such an objective often requires a collaboration among the different parties that are involved in the delivery of the service. This paper specifically focuses on the cooperation between the Over-The-Top (OTTs) and the Internet Service Providers (ISPs) and proposes a novel service delivery approach that is purely driven by the Quality of Experience (QoE) provided to the final common users. Initially, we identify the need of the collaboration among the OTTs and the ISPs where we not only highlight some of the enterprise level motivations (revenue generation) but also the technical aspects which require collaboration. Later, we provide a reference architecture with the required modules and vertical interfaces for the interaction among the OTTs and the ISPs. Then, we provide a collaboration model where we focus on the modeling of the revenue, whose maximization drives the collaboration. The revenue is considered to be dependent on the user churn, which in turn is affected by the QoE and is modeled using the Sigmoid function. We illustrate simulation results based on our proposed collaboration approach which highlight how the proposed strategy increases the revenue generation and QoE for the OTTs and the ISPs hence providing a ground for ISP to join the loop of revenue generation between OTTs and users

QoE over-the-top multimédia em redes sem fios

One of the goals of an operator is to improve the Quality of Experience (QoE) of a client in networks where Over-the-top (OTT) content is being delivered. The appearance of services like YouTube, Netflix or Twitch, where in the first case it contains more than 300 hours of video per minute in the platform, brings issues to the managed data networks that already exist, as well as challenges to fix them. Video traffic corresponds to 75% of the whole transmitted data on the Internet. This way, not only the Internet did become the ’de facto’ video transmission path, but also the general data traffic continues to exponentially increase, due to the desire to consume more content. This thesis presents two model proposals and architecture that aim to improve the users’ quality of experience, by predicting the amount of video in advance liable of being prefetched, as a way to optimize the delivery efficiency where the quality of service cannot be guaranteed. The prefetch is done in the clients’ closest cache server. For that, an Analytic Hierarchy Process (AHP) is used, where through a subjective method of attribute comparison, and from the application of a weighted function on the measured quality of service metrics, the amount of prefetch is achieved. Besides this method, artificial intelligence techniques are also taken into account. With neural networks, there is an attempt of selflearning with the behavior of OTT networks with more than 14.000 hours of video consumption under different quality conditions, to try to estimate the experience felt and maximize it, without the normal service delivery degradation. At last, both methods are evaluated and a proof of concept is made with users in a high speed train.Um dos objetivos de um operador é melhorar a qualidade de experiência do cliente em redes onde existem conteúdos Over-the-top (OTT) a serem entregues. O aparecimento de serviços como o YouTube, Netflix ou Twitch, onde no primeiro caso são carregadas mais de 300 horas de vídeo por minuto na plataforma, vem trazer problemas às redes de dados geridas que já existiam, assim como desafios para os resolver. O tráfego de vídeo corresponde a 75% de todos os dados transmitidos na Internet. Assim, não só a Internet se tornou o meio de transmissão de vídeo ’de facto’, como o tráfego de dados em geral continua a crescer exponencialmente, proveniente do desejo de consumir mais conteúdos. Esta tese apresenta duas propostas de modelos e arquitetura que pretendem melhorar a qualidade de experiência do utilizador, ao prever a quantidade de vídeo em avanço passível de ser précarregado, de forma a optimizar a eficiência de entrega das redes onde a qualidade de serviço não é possível de ser garantida. O pré-carregamento dos conteúdos é feito no servidor de cache mais próximo do cliente. Para tal, é utilizado um processo analítico hierárquico (AHP), onde através de um método subjetivo de comparação de atributos, e da aplicação de uma função de valores ponderados nas medições das métricas de qualidade de serviço, é obtida a quantidade a pré-carregar. Além deste método, é também proposta uma abordagem com técnicas de inteligência artificial. Através de redes neurais, há uma tentativa de auto-aprendizagem do comportamento das redes OTT com mais de 14.000 horas de consumo de vídeo sobre diferentes condições de qualidade, para se tentar estimar a experiência sentida e maximizar a mesma, sem degradação da entrega de serviço normal. No final, ambos os métodos propostos são avaliados num cenário de utilizadores num comboio a alta velocidade.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic

Otimização de distribuição de conteúdos multimédia utilizando software-defined networking

The general use of Internet access and user equipments, such as smartphones, tablets and personal computers, is creating a new wave of video content consumption. In the past two decades, the Television broadcasting industry went through several evolutions and changes, evolving from analog to digital distribution, standard definition to high definition TV-channels, form the IPTV method of distribution to the latest set of technologies in content distribution, OTT. The IPTV technology introduced features that changed the passive role of the client to an active one, revolutionizing the way users consume TV content. Thus, the clients’ habits started to shape the services offered, leading to an anywhere and anytime offer of video content. OTT video delivery is a reflection of those habits, meeting the users’ desire, introducing several benefits discussed in this work over the previous technologies. However, the OTT type of delivery poses several challenges in terms of scalability and threatens the Telecommunications Operators business model, because OTT companies use the Telcos infrastructure for free. Consequently, Telecommunications Operators must prepare their infrastructure for future demand while offering new services to stay competitive. This dissertation aims to contribute with insights on what infrastructure changes a Telecommunications Operator must perform with a proposed bandwidth forecasting model. The results obtained from the forecast model paved the way to the proposed video content delivery method, which aims to improve users’ perceived Quality-of-Experience while optimizing load balancing decisions. The overall results show an improvement of users’ experience using the proposed method.A generalização do acesso à Internet e equipamentos pessoais como smartphones, tablets e computadores pessoais, está a criar uma nova onda de consumo de conteúdos multimedia. Nas ultimas duas décadas, a indústria de transmissão de Televisão atravessou várias evoluções e alterações, evoluindo da distribuição analógica para a digital, de canais de Televisão de definição padrão para alta definição, do método de distribuição IPTV, até ao último conjunto de tecnologias na distribuição de conteúdos, OTT. A tecnologia IPTV introduziu novas funcionalidades que mudaram o papel passivo do cliente para um papel activo, revolucionando a forma como os utilizadores consumem conteúdos televisivos. Assim, os hábitos dos clientes começaram a moldar os serviços oferecidos, levando à oferta de consumo de conteúdos em qualquer lugar e em qualquer altura. A entrega de vídeo OTT é um reflexo destes hábitos, indo ao encontro dos desejos dos utilizadores, que introduz inúmeras vantagens sobre outras tecnologias discutidas neste trabalho. No entanto, a entrega de conteúdos OTT cria diversos problemas de escalabilidade e ameaça o modelo de negócio das Operadoras de Telecomunicações, porque os fornecedores de serviço OTT usam a infraestrutura das mesmas sem quaisquer custos. Consequentemente, os Operadores de Telecomunicações devem preparar a sua infraestrutura para o consumo futuro ao mesmo tempo que oferecem novos serviços para se manterem competitivos. Esta dissertação visa contribuir com conhecimento sobre quais alterações uma Operadora de Telecomunicações deve executar com o modelo de previsão de largura de banda proposto. Os resultados obtidos abriram caminho para o método de entrega de conteúdos multimedia proposto, que visa ao melhoramento da qualidade de experiência do utilizador ao mesmo tempo que se optimiza o processo de balanceamento de carga. No geral os testes confirmam uma melhoria na qualidade de experiência do utilizador usando o método proposto.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic