Leveraging Program Analysis to Reduce User-Perceived Latency in Mobile Applications

Reducing network latency in mobile applications is an effective way of improving the mobile user experience and has tangible economic benefits. This paper presents PALOMA, a novel client-centric technique for reducing the network latency by prefetching HTTP requests in Android apps. Our work leverages string analysis and callback control-flow analysis to automatically instrument apps using PALOMA's rigorous formulation of scenarios that address "what" and "when" to prefetch. PALOMA has been shown to incur significant runtime savings (several hundred milliseconds per prefetchable HTTP request), both when applied on a reusable evaluation benchmark we have developed and on real applicationsComment: ICSE 201

Quality of experience and access network traffic management of HTTP adaptive video streaming

The thesis focuses on Quality of Experience (QoE) of HTTP adaptive video streaming (HAS) and traffic management in access networks to improve the QoE of HAS. First, the QoE impact of adaptation parameters and time on layer was investigated with subjective crowdsourcing studies. The results were used to compute a QoE-optimal adaptation strategy for given video and network conditions. This allows video service providers to develop and benchmark improved adaptation logics for HAS. Furthermore, the thesis investigated concepts to monitor video QoE on application and network layer, which can be used by network providers in the QoE-aware traffic management cycle. Moreover, an analytic and simulative performance evaluation of QoE-aware traffic management on a bottleneck link was conducted. Finally, the thesis investigated socially-aware traffic management for HAS via Wi-Fi offloading of mobile HAS flows. A model for the distribution of public Wi-Fi hotspots and a platform for socially-aware traffic management on private home routers was presented. A simulative performance evaluation investigated the impact of Wi-Fi offloading on the QoE and energy consumption of mobile HAS.Die Doktorarbeit beschäftigt sich mit Quality of Experience (QoE) – der subjektiv empfundenen Dienstgüte – von adaptivem HTTP Videostreaming (HAS) und mit Verkehrsmanagement, das in Zugangsnetzwerken eingesetzt werden kann, um die QoE des adaptiven Videostreamings zu verbessern. Zuerst wurde der Einfluss von Adaptionsparameters und der Zeit pro Qualitätsstufe auf die QoE von adaptivem Videostreaming mittels subjektiver Crowdsourcingstudien untersucht. Die Ergebnisse wurden benutzt, um die QoE-optimale Adaptionsstrategie für gegebene Videos und Netzwerkbedingungen zu berechnen. Dies ermöglicht Dienstanbietern von Videostreaming verbesserte Adaptionsstrategien für adaptives Videostreaming zu entwerfen und zu benchmarken. Weiterhin untersuchte die Arbeit Konzepte zum Überwachen von QoE von Videostreaming in der Applikation und im Netzwerk, die von Netzwerkbetreibern im Kreislauf des QoE-bewussten Verkehrsmanagements eingesetzt werden können. Außerdem wurde eine analytische und simulative Leistungsbewertung von QoE-bewusstem Verkehrsmanagement auf einer Engpassverbindung durchgeführt. Schließlich untersuchte diese Arbeit sozialbewusstes Verkehrsmanagement für adaptives Videostreaming mittels WLAN Offloading, also dem Auslagern von mobilen Videoflüssen über WLAN Netzwerke. Es wurde ein Modell für die Verteilung von öffentlichen WLAN Zugangspunkte und eine Plattform für sozialbewusstes Verkehrsmanagement auf privaten, häuslichen WLAN Routern vorgestellt. Abschließend untersuchte eine simulative Leistungsbewertung den Einfluss von WLAN Offloading auf die QoE und den Energieverbrauch von mobilem adaptivem Videostreaming

Content Sharing in Mobile Networks with Infrastructure: Planning and Management

This thesis focuses on mobile ad-hoc networks (with pedestrian or vehicular mobility) having infrastructure support. We deal with the problems of design, deployment and management of such networks. A first issue to address concerns infrastructure itself: how pervasive should it be in order for the network to operate at the same time efficiently and in a cost-effective manner? How should the units composing it (e.g., access points) be placed? There are several approaches to such questions in literature, and this thesis studies and compares them. Furthermore, in order to effectively design the infrastructure, we need to understand how and how much it will be used. As an example, what is the relationship between infrastructure-to-node and node-to-node communication? How far away, in time and space, do data travel before its destination is reached? A common assumption made when dealing with such problems is that perfect knowledge about the current and future node mobility is available. In this thesis, we also deal with the problem of assessing the impact that an imperfect, limited knowledge has on network performance. As far as the management of the network is concerned, this thesis presents a variant of the paradigm known as publish-and-subscribe. With respect to the original paradigm, our goal was to ensure a high probability of finding the requested content, even in presence of selfish, uncooperative nodes, or even nodes whose precise goal is harming the system. Each node is allowed to get from the network an amount of content which corresponds to the amount of content provided to other nodes. Nodes with caching capabilities are assisted in using their cache in order to improve the amount of offered conten

Systems for Challenged Network Environments.

Developing regions face significant challenges in network access, making even simple network tasks unpleasant and rich media prohibitively difficult to access. Even as cellular network coverage is approaching a near-universal reach, good network connectivity remains scarce and expensive in many emerging markets. The underlying theme in this dissertation is designing network systems that better accommodate users in emerging markets. To do so, this dissertation begins with a nuanced analysis of content access behavior for web users in developing regions. This analysis finds the personalization of content access---and the fragmentation that results from it---to be significant factors in undermining many existing web acceleration mechanisms. The dissertation explores content access behavior from logs collected at shared internet access sites, as well as user activity information obtained from a commercial social networking service with over a hundred million members worldwide. Based on these observations, the dissertation then discusses two systems designed for improving end-user experience in accessing and using content in constrained networks. First, it deals with the challenge of distributing private content in these networks. By leveraging the wide availability of cellular telephones, the dissertation describes a system for personal content distribution based on user access behavior. The system enables users to request future data accesses, and it schedules content transfers according to current and expected capacity. Second, the dissertation looks at routing bulk data in challenged networks, and describes an experimentation platform for building systems for challenged networks. This platform enables researchers to quickly prototype systems for challenged networks, and iteratively evaluate these systems using mobility and network emulation. The dissertation describes a few data routing systems that were built atop this experimentation platform. Finally, the dissertation discusses the marketplace and service discovery considerations that are important in making these systems viable for developing-region use. In particular, it presents an extensible, auction-based market platform that relies on widely available communication tools for conveniently discovering and trading digital services and goods in developing regions. Collectively, this dissertation brings together several projects that aim to understand and improve end-user experience in challenged networks endemic to developing regions.Ph.D.Computer Science & EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/91401/1/azarias_1.pd

Caching and prefetching for efficient video services in mobile networks

Cellular networks have witnessed phenomenal traffic growth recently fueled by new high speed broadband cellular access technologies. This growth is in large part driven by the emergence of the HTTP Adaptive Streaming (HAS) as a new video delivery method. In HAS, several qualities of the same videos are made available in the network so that clients can choose the quality that best fits their bandwidth capacity. This strongly impacts the viewing pattern of the clients, their switching behavior between video qualities, and thus beyond on content delivery systems.Our first contribution consists in providing an analysis of a real HAS dataset collected in France and provided by the largest French mobile operator. Firstly, we analyze and model the viewing patterns of VoD and live streaming HAS sessions and we propose a new cache replacement strategy, named WA-LRU. WA-LRU leverages the time locality of video segments within the HAS content. We show that WA-LRU improves the cache hit-ratio mostly at the loading phase while it reduces significantly the processing overhead at the cache.In our second contribution, we analyze and model the adaptation logic between the video qualities based on empirical observations. We show that high switching behaviors lead to sub optimal caching performance, since several versions of the same content compete to be cached. In this context we investigate the benefits of a Cache Friendly HAS system (CF-DASH) which aims at improving the caching efficiency in mobile networks and to sustain the quality of experience of mobile clients. We evaluate CF-dash based on trace-driven simulations and test-bed experiments. Our validation results are promising. Simulations on real HAS traffic show that we achieve a significant gain in hit-ratio that ranges from 15% up to 50%.In the second part of this thesis, we investigate the mobile video prefetching opportunities. Online media services are reshaping the way video content is watched. People with similar interests tend to request same content. This provides enormous potential to predict which content users are interested in. Besides, mobile devices are commonly used to watch videos which popularity is largely driven by their social success. We design a system, named "Central Predictor System (CPsys)", which aims at predicting and prefetching relevant content for each mobile client. To fine tune our prefetching system, we rely on a large dataset collected from a large mobile carrier in Europe. The rationale of our prefetching strategy is first to form a graph and build implicit or explicit ties between similar users. On top of this graph, we propose the Most Popular and Most Recent (MPMR) policy to predict relevant videos for each user. We show that CPSys can achieve high performance as regards prediction correctness and network utilization efficiency. We further show that CPSys outperforms other prefetching schemes from the state of the art. At the end, we provide a proof-of-concept implementation of our prefetching system.Les réseaux cellulaires ont connu une croissance phénoménale du trafic alimentée par les nouvelles technologies d’accès cellulaire à large bande. Cette croissance est tirée en grande partie par le trafic HTTP adaptatif streaming (HAS) comme une nouvelle technique de diffu- sion de contenus audiovisuel. Le principe du HAS est de rendre disponible plusieurs qualités de la même vidéo en ligne et que les clients choisissent la meilleure qualité qui correspond à leur bande passante. Chaque niveau d’encodage est segmenté en des petits vidéos qu’on appelle segments ou chunks et dont la durée varie entre 2 à 10 secondes. L’émergence du HAS a introduit des nouvelles contraintes sur les systèmes de livraison des contenus vidéo en particulier sur les systèmes de cache. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude de cet impact et à proposer des algorithmes et des solutions qui optimisent les fonctionnalités de ces systèmes. D’autre part, la consommation des contenus est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 tel que l’émergence des réseaux sociaux. Dans cette thèse, nous exploitons les réseaux sociaux afin de proposer un service de préchargement des contenus VoD sur terminaux mobiles. Notre solution permet l’amélioration de la QoE des utilisateurs et permet de bien gérer les ressources réseaux mobile.Nous listons nos contributions comme suit :Notre première contribution consiste à mener une analyse détaillée des données sur un trafic HAS réel collecté en France et fournie par le plus grand opérateur de téléphonie mobile du pays. Tout d’abord, nous analysons et modélisons le comportement des clients qui demandent des contenus catch-up et live. Nous constatons que le nombre de requêtes par segment suit deux types de distribution : La loi log-normal pour modéliser les 40 premiers chunks par session de streaming, ensuite on observe une queue qui peut être modélisé par la loi de Pareto. Cette observation suggère que les clients ne consomment pas la totalité du contenu catch-up. On montre par simulation que si le cache implémente des logiques de caching qui ne tiennent pas en compte les caractéristiques des flux HAS, sa performance diminuerait considérablement.Dans ce contexte, nous proposons un nouvel algorithme de remplacement des contenus que nous appelons Workload Aware-LRU (WA-LRU). WA-LRU permet d’améliorer la performance des systèmes de cache en augmentant le Hit-Ratio en particulier pour les premiers segments et en diminuant le temps requis pour la mise à jour de la liste des objets cachés. En fonction de la capacité du cache et de la charge du trafic dans le réseau, WA-LRU estime un seuil sur le rang du segment à cacher. Si le rang du chunk demandé dépasse ce seuil, le chunk ne sera pas caché sinon il sera caché. Comme WA-LRU dépend de la charge du trafic dans le réseau, cela suppose que le seuil choisit par WA-LRU est dynamique sur la journée. WA-LRU est plus agressif pendant les heures chargées (i.e. il cache moins de chunks, ceux qui sont les plus demandés) que pendant les heures creuses où le réseau est moins chargé.Dans notre deuxième contribution, nous étudions plus en détail les facteurs qui poussent les clients HAS à changer de qualité lors d’une session vidéo. Nous modélisons également ce changement de qualité en se basant sur des données empiriques provenant de notre trace de trafic. Au niveau du cache, nous montrons que le changement fréquent de qualité crée une compétition entre les différents profiles d’encodages. Cela réduit les performances du système de cache. Dans ce contexte, nous proposons Cache Friendly-DASH (CF-DASH), une implémentation d’un player HAS compatible avec le standard DASH, qui assure une meilleure stabilité du player. Nous montrons à travers des simulations et des expérimentations que CF- DASH améliore expérience client et permet aussi d’atteindre un gain significatif du hit-ratio qui peut varier entre 15% à 50%.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un système de préchargement de contenus vidéos sur terminaux mobile. La consommation des contenus vidéo en ligne est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 et les réseaux sociaux. Les personnes qui partagent des intérêts similaires ont tendance à demander le même contenu. Cela permet de prédire le comportement des clients et identifier les contenus qui peuvent les intéresser. Par ailleurs, les smartphones et tablettes sont de plus en plus adaptés pour visionner des vidéos et assurer une meilleure qualité d’expérience. Dans cette thèse, nous concevons un système qu’on appelle CPSys (Central Predictor System) permettant d’identifier les vidéos les plus pertinentes pour chaque utilisateur. Pour bien paramétrer notre système de préchargement, nous analysons des traces de trafic de type User Generated Videos (UGC). En particulier, nous analysons la popularité des contenus YouTube et Facebook, ainsi que l’évolution de la popularité des contenus en fonction du temps. Nous observons que 10% des requêtes se font sur une fenêtre de temps d’une heure après avoir mis les vidéos en ligne et 40% des requêtes se font sur une fenêtre de temps de un jour. On présente aussi des analyses sur le comportement des clients. On observe que la consommation des contenus vidéo varie significativement entre les clients mobiles. On distingue 2 types de clients :• les grands consommateurs : Ils forment une minorité mais consomment plusieurs vidéos sur une journée.• lespetitsconsommateurs:Ilsformentlamajoritédesclientsmaisconsommentquelques vidéos par jour voir sur une période plus longue.On s’appuyant sur ces observations, notre système de préchargement adapte le mode de pré- chargement selon le profil utilisateur qui est déduit à partir de l’historique de la consommation de chaque client.Dans un premier temps, CPSys crée un graphe regroupant les utilisateurs qui sont similaires. Le graphe peut être soit explicite (type Facebook) ou implicite qui est construit à la base des techniques de colllaborative filtering dérivés des systèmes de recommandations. Une fois le graphe est créé, nous proposons la politique Most Popular Most Recent (MPMR) qui permet d’inférer quel contenu doit-on précharger pour chaque utilisateur. MPMR trie les vidéos candidats selon la popularité locale du contenu définit comme le nombre de vues effectués par les voisins les plus similaires, ensuite MPMR donne la priorité aux contenus les plus frais. Nous montrons que CPSys peut atteindre des performances élevées par rapport à d’autres techniques présentées dans l’état de l’art. CPSys améliore la qualité de la prédiction et réduit d’une manière significative le trafic réseau.Finalement, nous développons une preuve de concept de notre système de préchargement

Caching and prefetching for efficient video services in mobile networks

Cellular networks have witnessed phenomenal traffic growth recently fueled by new high speed broadband cellular access technologies. This growth is in large part driven by the emergence of the HTTP Adaptive Streaming (HAS) as a new video delivery method. In HAS, several qualities of the same videos are made available in the network so that clients can choose the quality that best fits their bandwidth capacity. This strongly impacts the viewing pattern of the clients, their switching behavior between video qualities, and thus beyond on content delivery systems.Our first contribution consists in providing an analysis of a real HAS dataset collected in France and provided by the largest French mobile operator. Firstly, we analyze and model the viewing patterns of VoD and live streaming HAS sessions and we propose a new cache replacement strategy, named WA-LRU. WA-LRU leverages the time locality of video segments within the HAS content. We show that WA-LRU improves the cache hit-ratio mostly at the loading phase while it reduces significantly the processing overhead at the cache.In our second contribution, we analyze and model the adaptation logic between the video qualities based on empirical observations. We show that high switching behaviors lead to sub optimal caching performance, since several versions of the same content compete to be cached. In this context we investigate the benefits of a Cache Friendly HAS system (CF-DASH) which aims at improving the caching efficiency in mobile networks and to sustain the quality of experience of mobile clients. We evaluate CF-dash based on trace-driven simulations and test-bed experiments. Our validation results are promising. Simulations on real HAS traffic show that we achieve a significant gain in hit-ratio that ranges from 15% up to 50%.In the second part of this thesis, we investigate the mobile video prefetching opportunities. Online media services are reshaping the way video content is watched. People with similar interests tend to request same content. This provides enormous potential to predict which content users are interested in. Besides, mobile devices are commonly used to watch videos which popularity is largely driven by their social success. We design a system, named "Central Predictor System (CPsys)", which aims at predicting and prefetching relevant content for each mobile client. To fine tune our prefetching system, we rely on a large dataset collected from a large mobile carrier in Europe. The rationale of our prefetching strategy is first to form a graph and build implicit or explicit ties between similar users. On top of this graph, we propose the Most Popular and Most Recent (MPMR) policy to predict relevant videos for each user. We show that CPSys can achieve high performance as regards prediction correctness and network utilization efficiency. We further show that CPSys outperforms other prefetching schemes from the state of the art. At the end, we provide a proof-of-concept implementation of our prefetching system.Les réseaux cellulaires ont connu une croissance phénoménale du trafic alimentée par les nouvelles technologies d’accès cellulaire à large bande. Cette croissance est tirée en grande partie par le trafic HTTP adaptatif streaming (HAS) comme une nouvelle technique de diffu- sion de contenus audiovisuel. Le principe du HAS est de rendre disponible plusieurs qualités de la même vidéo en ligne et que les clients choisissent la meilleure qualité qui correspond à leur bande passante. Chaque niveau d’encodage est segmenté en des petits vidéos qu’on appelle segments ou chunks et dont la durée varie entre 2 à 10 secondes. L’émergence du HAS a introduit des nouvelles contraintes sur les systèmes de livraison des contenus vidéo en particulier sur les systèmes de cache. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude de cet impact et à proposer des algorithmes et des solutions qui optimisent les fonctionnalités de ces systèmes. D’autre part, la consommation des contenus est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 tel que l’émergence des réseaux sociaux. Dans cette thèse, nous exploitons les réseaux sociaux afin de proposer un service de préchargement des contenus VoD sur terminaux mobiles. Notre solution permet l’amélioration de la QoE des utilisateurs et permet de bien gérer les ressources réseaux mobile.Nous listons nos contributions comme suit :Notre première contribution consiste à mener une analyse détaillée des données sur un trafic HAS réel collecté en France et fournie par le plus grand opérateur de téléphonie mobile du pays. Tout d’abord, nous analysons et modélisons le comportement des clients qui demandent des contenus catch-up et live. Nous constatons que le nombre de requêtes par segment suit deux types de distribution : La loi log-normal pour modéliser les 40 premiers chunks par session de streaming, ensuite on observe une queue qui peut être modélisé par la loi de Pareto. Cette observation suggère que les clients ne consomment pas la totalité du contenu catch-up. On montre par simulation que si le cache implémente des logiques de caching qui ne tiennent pas en compte les caractéristiques des flux HAS, sa performance diminuerait considérablement.Dans ce contexte, nous proposons un nouvel algorithme de remplacement des contenus que nous appelons Workload Aware-LRU (WA-LRU). WA-LRU permet d’améliorer la performance des systèmes de cache en augmentant le Hit-Ratio en particulier pour les premiers segments et en diminuant le temps requis pour la mise à jour de la liste des objets cachés. En fonction de la capacité du cache et de la charge du trafic dans le réseau, WA-LRU estime un seuil sur le rang du segment à cacher. Si le rang du chunk demandé dépasse ce seuil, le chunk ne sera pas caché sinon il sera caché. Comme WA-LRU dépend de la charge du trafic dans le réseau, cela suppose que le seuil choisit par WA-LRU est dynamique sur la journée. WA-LRU est plus agressif pendant les heures chargées (i.e. il cache moins de chunks, ceux qui sont les plus demandés) que pendant les heures creuses où le réseau est moins chargé.Dans notre deuxième contribution, nous étudions plus en détail les facteurs qui poussent les clients HAS à changer de qualité lors d’une session vidéo. Nous modélisons également ce changement de qualité en se basant sur des données empiriques provenant de notre trace de trafic. Au niveau du cache, nous montrons que le changement fréquent de qualité crée une compétition entre les différents profiles d’encodages. Cela réduit les performances du système de cache. Dans ce contexte, nous proposons Cache Friendly-DASH (CF-DASH), une implémentation d’un player HAS compatible avec le standard DASH, qui assure une meilleure stabilité du player. Nous montrons à travers des simulations et des expérimentations que CF- DASH améliore expérience client et permet aussi d’atteindre un gain significatif du hit-ratio qui peut varier entre 15% à 50%.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un système de préchargement de contenus vidéos sur terminaux mobile. La consommation des contenus vidéo en ligne est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 et les réseaux sociaux. Les personnes qui partagent des intérêts similaires ont tendance à demander le même contenu. Cela permet de prédire le comportement des clients et identifier les contenus qui peuvent les intéresser. Par ailleurs, les smartphones et tablettes sont de plus en plus adaptés pour visionner des vidéos et assurer une meilleure qualité d’expérience. Dans cette thèse, nous concevons un système qu’on appelle CPSys (Central Predictor System) permettant d’identifier les vidéos les plus pertinentes pour chaque utilisateur. Pour bien paramétrer notre système de préchargement, nous analysons des traces de trafic de type User Generated Videos (UGC). En particulier, nous analysons la popularité des contenus YouTube et Facebook, ainsi que l’évolution de la popularité des contenus en fonction du temps. Nous observons que 10% des requêtes se font sur une fenêtre de temps d’une heure après avoir mis les vidéos en ligne et 40% des requêtes se font sur une fenêtre de temps de un jour. On présente aussi des analyses sur le comportement des clients. On observe que la consommation des contenus vidéo varie significativement entre les clients mobiles. On distingue 2 types de clients :• les grands consommateurs : Ils forment une minorité mais consomment plusieurs vidéos sur une journée.• lespetitsconsommateurs:Ilsformentlamajoritédesclientsmaisconsommentquelques vidéos par jour voir sur une période plus longue.On s’appuyant sur ces observations, notre système de préchargement adapte le mode de pré- chargement selon le profil utilisateur qui est déduit à partir de l’historique de la consommation de chaque client.Dans un premier temps, CPSys crée un graphe regroupant les utilisateurs qui sont similaires. Le graphe peut être soit explicite (type Facebook) ou implicite qui est construit à la base des techniques de colllaborative filtering dérivés des systèmes de recommandations. Une fois le graphe est créé, nous proposons la politique Most Popular Most Recent (MPMR) qui permet d’inférer quel contenu doit-on précharger pour chaque utilisateur. MPMR trie les vidéos candidats selon la popularité locale du contenu définit comme le nombre de vues effectués par les voisins les plus similaires, ensuite MPMR donne la priorité aux contenus les plus frais. Nous montrons que CPSys peut atteindre des performances élevées par rapport à d’autres techniques présentées dans l’état de l’art. CPSys améliore la qualité de la prédiction et réduit d’une manière significative le trafic réseau.Finalement, nous développons une preuve de concept de notre système de préchargement

Proactive Mechanisms for Video-on-Demand Content Delivery

Video delivery over the Internet is the dominant source of network load all over the world. Especially VoD streaming services such as YouTube, Netflix, and Amazon Video have propelled the proliferation of VoD in many peoples' everyday life. VoD allows watching video from a large quantity of content at any time and on a multitude of devices, including smart TVs, laptops, and smartphones. Studies show that many people under the age of 32 grew up with VoD services and have never subscribed to a traditional cable TV service. This shift in video consumption behavior is continuing with an ever-growing number of users. satisfy this large demand, VoD service providers usually rely on CDN, which make VoD streaming scalable by operating a geographically distributed network of several hundreds of thousands of servers. Thereby, they deliver content from locations close to the users, which keeps traffic local and enables a fast playback start. CDN experience heavy utilization during the day and are usually reactive to the user demand, which is not optimal as it leads to expensive over-provisioning, to cope with traffic peaks, and overreacting content eviction that decreases the CDN's performance. However, to sustain future VoD streaming projections with hundreds of millions of users, new approaches are required to increase the content delivery efficiency. To this end, this thesis identifies three key research areas that have the potential to address the future demand for VoD content. Our first contribution is the design of vFetch, a privacy-preserving prefetching mechanism for mobile devices. It focuses explicitly on OTT VoD providers such as YouTube. vFetch learns the user interest towards different content channels and uses these insights to prefetch content on a user terminal. To do so, it continually monitors the user behavior and the device's mobile connectivity pattern, to allow for resource-efficient download scheduling. Thereby, vFetch illustrates how personalized prefetching can reduce the mobile data volume and alleviate mobile networks by offloading peak-hour traffic. Our second contribution focuses on proactive in-network caching. To this end, we present the design of the ProCache mechanism that divides the available cache storage concerning separate content categories. Thus, the available storage is allocated to these divisions based on their contribution to the overall cache efficiency. We propose a general work-flow that emphasizes multiple categories of a mixed content workload in addition to a work-flow tailored for music video content, the dominant traffic source on YouTube. Thereby, ProCache shows how content-awareness can contribute to efficient in-network caching. Our third contribution targets the application of multicast for VoD scenarios. Many users request popular VoD content with only small differences in their playback start time which offers a potential for multicast. Therefore, we present the design of the VoDCast mechanism that leverages this potential to multicast parts of popular VoD content. Thereby, VoDCast illustrates how ISP can collaborate with CDN to coordinate on content that should be delivered by ISP-internal multicast