Modeling and Implementation of 5G Edge Caching over Satellite

The fifth generation (5G) wireless networks have to deal with the high data rate and stringent latency requirements due to the massive invasion of connected devices and data-hungry applications. Edge caching is a promising technique to overcome these challenges by prefetching the content closer to the end users at the edge node’s local storage. In this paper, we analyze the performance of edge caching 5G networks with the aid of satellite communication systems. Firstly, we investigate the satellite-aided edge caching systems in two promising use cases: a) in dense urban areas, and b) in sparsely populated regions, e.g., rural areas. Secondly, we study the effectiveness of satellite systems via the proposed satellite-aided caching algorithm, which can be used in three configurations: i) mono-beam satellite, ii) multi-beam satellite, and iii) hybrid mode. Thirdly, the proposed caching algorithm is evaluated by using both empirical Zipf-distribution data and the more realistic Movielens dataset. Last but not least, the proposed caching scheme is implemented and tested by our developed demonstrators which allow real-time analysis of the cache hit ratio and cost analysis

A REVIEW STUDY OF EUROPEAN R&D PROJECTS FOR SATELLITE COMMUNICATIONS IN 5G/6G ERA

Κατά τις τελευταίες δεκαετίες τα δορυφορικά συστήματα τηλεπικοινωνιών έχουν προσφέρει μια γκάμα από πολυμεσικές υπηρεσίες όπως δορυφορική τηλεόραση, δορυφορική τηλεφωνία και ευρυζωνική πρόσβαση στο διαδίκτυο. Οι μακροπρόθεσμες τεχνολογικές αναβαθμίσεις σε συνδυασμό με την προσθήκη νέων δορυφορικών συστημάτων γεωστατικής και ελλειπτικής τροχιάς και με την ενσωμάτωση τεχνολογιών πληροφορικής έχουν ωθήσει την αύξηση του μέγιστου εύρους των δορυφόρων στο 1Gbps σε μεμονωμένους δορυφόρους ενώ σε διάταξη αστερισμού μπορούν να ξεπεράσουν το 1 Tbps. Σε συνδυασμό με την μείωση του χρόνου απόκρισης σε ρυθμούς ανταγωνιστικούς με τις χερσαίες υποδομές ανοίγουν νέες ευκαιρίες και νέους ρόλους εντός ενός οικοσυστήματος ετερογενούς δικτύων 5ης γενιάς. Σε αυτήν την διατριβή, αξιολογούμε επιδοτούμενα επιστημονικά προγράμματα έρευνας και ανάπτυξης της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Διαστήματος (ESA) και του προγράμματος επιδότησης Horizon 2020 της Ευρωπαϊκής Ένωσης, προκειμένου να εξηγήσουμε τις δυνατότητες των δορυφόρων εντός ενός ετερογενούς δικτύου 5ης γενιάς, αναφέρουμε συγκεκριμένα αυτά που αφορούν την εξέλιξη των δορυφορικών ψηφιακών συστημάτων και την ικανότητα ενσωμάτωσης τους σε τωρινές αλλά και μελλοντικές υποδομές χερσαίων τηλεπικοινωνιακών δικτύων μέσω της εμφάνισης νέων τεχνολογιών στις ηλεκτρονικές και οπτικές επικοινωνίες αέρος μαζί με την εμφάνιση τεχνολογιών πληροφορικής όπως της δικτύωσης βασισμένης στο λογισμικό και της εικονικοποίησης λειτουργιών δικτύου. Αναφερόμαστε στους στόχους του κάθε project ξεχωριστά και κατηγοριοποιημένα στους ακόλουθους τομείς έρευνας: -Συσσωμάτωση των δορυφόρων με τα επίγεια δίκτυα 5ης γενιάς με οργανωμένες μελέτες και στρατηγικές -Ενσωμάτωση των τεχνολογιών δικτύωσης βασισμένης στο λογισμικό και εικονικοποίησης λειτουργιών δικτύου στο δορυφορικών τμήμα των δικτύων 5ης γενιάς -Ο ρόλος των δορυφόρων σε εφαρμογές του διαδικτύου των πραγμάτων σε συνάφεια με τα χερσαία δίκτυα 5ης γενιάς -Ο ρόλος των δορυφόρων στην δίκτυα διανομής πολυμεσικού περιεχομένου & η επιρροή των πρωτοκόλλων διαδικτύου στην ποιότητα υπηρεσίας χρήστη κατά την διάρκεια μιας δορυφορικής σύνδεσης. -Μελλοντικές βελτιώσεις και εφαρμογές στα δορυφορικά συστήματα με έμφαση στα μελλοντικά πρότυπα του φυσικό επιπέδου Στο τέλος διαθέτουμε ένα παράρτημα που αφορά τεχνικές αναλύσεις στην εξέλιξη του φυσικού επιπέδου των δορυφορικών συστημάτων, συνοδευόμενο με την συσχετιζόμενη βιβλιογραφία για περαιτέρω μελέτη.Over the last decades satellite telecommunication systems offer many types of multimedia services like Satellite TV, telephony and broadband internet access. The long-term technological evolutions occurred into state-of-the-art satellite systems altogether with the addition of new high throughput geostatic and non-geostatic systems, individual satellites can now achieve a peak bandwidth of up to Gbps, and with possible extension into satellite constellation systems the total capacity can reach up to Tbps. Supplementary, with systems latency being comparable to terrestrial infrastructures and with integration of several computer science technologies, satellite systems can achieve new & more advanced roles inside a heterogeneous 5G network’s ecosystem. In this thesis, we have studied European Space Agency (ESA’s) and European Union’s (EU) Horizon 2020 Research and Development (R&D) funded projects in order to describe the satellite capabilities within a 5G heterogeneous network, mentioning the impact of the evolution of digital satellite communications and furthermore the integration with the state-of the art & future terrain telecommunication systems by new technologies occurred through the evolution of electronic & free space optical communications alongside with the integration of computer science’s technologies like Software Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV). In order to describe this evolution we have studied the concepts of each individual project, categorized chronically and individual by its scientific field of research. Our main scientific trends for this thesis are: -Satellite Integration studies & strategies into the 5G terrestrial networks -Integration of SDN and NFV technologies on 5G satellite component -Satellite’s role in the Internet of Things applications over 5G terrestrial networks -Satellite’s role in Content Distribution Networks & internet protocols impact over user’s Quality of Experience (QoE) over a satellite link -The future proposals upon the evolution of Satellite systems by upcoming improvements and corresponding standards Finally, we have created an Annex for technical details upon the evolution of physical layer of the satellite systems with the corresponding bibliography of this thesis for future study

Videosisällön jakelu Internetin välityksellä

Popularity of multimedia streaming services has created great demand for reliable and effective content delivery over unreliable networks, such as the Internet. Currently, a significant part of the Internet data traffic is generated by video streaming applications. The multimedia streaming services are often bandwidth-heavy and are prone to delays or any other varying network conditions. In order to address high demands of real-time multimedia streaming applications, specialized solutions called content delivery networks, have emerged. A content delivery network consists of many geographically distributed replica servers, often deployed close to the end-users. This study consists of two parts and a set of interviews. First part explores development of video technologies and their relation to network bandwidth requirements. Second part proceeds to present the content delivery mechanisms related to video distribution over the Internet. Lastly, the interviews of selected experts was used to gain more relevant and realistic insights for two first parts. The results offer a wide overview of content delivery related findings ranging from streaming techniques to quality of experience. How the video related development progress would affect the future networks and what kind of content delivery models are mostly used in the modern Internet.Multimediapalveluiden suosio on noussut huomattavasti viime vuosina. Videoliikenteen osuus kaikesta tiedonsiirrosta Internetissä on kasvanut merkittävästi. Tämä on luonut suuren tarpeen luotettaville ja tehokkaille videosisällön siirtämisen keinoille epäluotettavien verkkojen yli. Videon suoratoistopalvelut ovat herkkiä verkossa tapahtuville häiriöille ja lisäksi ne vaativat usein verkolta paljon tiedonsiirtokapasiteettia. Ratkaistakseen multimedian reaaliaikaisen tiedonsiirron vaatimukset on kehitetty sisällönsiirtoon erikoistuneita verkkoja (eng. content deliver network - CDN). Nämä sisällönjakoon erikoistuneet verkot ovat fyysisesti hajautettuja kokonaisuuksia. Yleensä ne sijoitetaan mahdollisimman lähelle kohdekäyttäjäryhmää. Tämä työ koostuu kahdesta osasta ja asiantuntijahaastatteluista. Ensimmäinen osa keskittyy taustatietojen keräämiseen, videotekniikoiden kehitykseen ja sen siirtoon liittyviin haasteisiin. Toinen osa esittelee sisällönjaon toiminnot liittyen suoratoistopalveluiden toteutukseen. Haastatteluiden tarkoitus on tuoda esille asiantuntijoiden näkemyksiä kirjallisuuskatsauksen tueksi. Tulokset tarjoavat laajan katsauksen suoratoistopalveluiden sisällönjakotekniikoista, aina videon kehityksestä palvelun käyttökokemukseen saakka. Miten videon kuvanlaadun ja pakkaamisen kehitys voisi vaikuttaa tulevien verkkoteknologioiden kehitykseen Internet-pohjaisessa sisällönjakelussa

IPTV open source

The continuous developments made on the network infrastructures allow to provide quality in multimedia services over-the-top. Also, mobile data traffic has been increasingly growing along with smartphone’s capabilities. This growth motivates the creation of multi-platform solutions that can target not only these devices but, in the case of the IPTV world, also the set-top-boxes, smart televisions and computers. HTTP streaming is a technique directed to stream over-the-top multimedia. Many global platforms make use of HTTP streaming, with names like Youtube or Netflix. In this work, a server architecture for streaming the public Portuguese channels as well as a multiplatform client architecture are proposed. The proposed software can be deployed on any regular server and provide extra functionalities such as tv listings. The client can run on any Media Source Extension (MSE) browser, without the need of any plugin like Flash. Finally, some tests were made on the two entities (server and client) in order to test the performance of the server and behaviour of the client through different network conditions.Os constantes desenvolvimentos a nível de infraestrutura de rede permitem fornecer serviços multimedia de qualidade sobre redes IP. Além disso, tráfego de dados em redes móveis tem crescido com o aumento de capacidades dos dispositivos móveis inteligentes, crescimento esse que motivou a criação de soluçõesmulti-plataformaquepodemdirecionarnãosóessesmesmosdispositivos, mas, no caso do mundo IPTV, também as set-top-boxes, televisores inteligentes e computadores. HTTP streaming é uma técnica direcionada a transmissão de dados multimedia sobre redes IP. Várias plataformas a nível global fazem uso de streaming HTTP, sendo Youtube ou Netflix dos exemplos mais conhecidos. Neste trabalho, é proposta uma arquitetura para um servidor de streaming dos canais públicos Portugueses, bem como, uma arquitetura de cliente multiplataforma. O software proposto pode ser implementado emqualquerservidorregularefornecerfuncionalidadesextra,comogrelhade programação. O cliente é suportado por qualquer navegador Media Source Extension (MSE) sem a necessidade de programas ou extensões adicionais, como o Flash. Finalmente, foram feitos alguns testes nas duas entidades (servidor e cliente) para testar o desempenho do servidor e o comportamento do cliente através de diferentes condições a nível de rede.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic