An experimental dynamic RAM video cache

As technological advances continue to be made, the demand for more efficient distributed multimedia systems is also affirmed. Current support for end-to-end QoS is still limited; consequently mechanisms are required to provide flexibility in resource loading. One such mechanism, caching, may be introduced both in the end-system and network to facilitate intelligent load balancing and resource management. We introduce new work at Lancaster University investigating the use of transparent network caches for MPEG-2. A novel architecture is proposed, based on router-oriented caching and the employment of large scale dynamic RAM as the sole caching medium. The architecture also proposes the use of the ISO/IEC standardised DSM-CC protocol as a basic control infrastructure and the caching of pre-built transport packets (UDP/IP) in the data plane. Finally, the work discussed is in its infancy and consequently focuses upon the design and implementation of the caching architecture rather than an investigation into performance gains, which we intend to make in a continuation of the work

A network mobility management architecture for a heteregeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe

Provider-Controlled Bandwidth Management for HTTP-based Video Delivery

Over the past few years, a revolution in video delivery technology has taken place as mobile viewers and over-the-top (OTT) distribution paradigms have significantly changed the landscape of video delivery services. For decades, high quality video was only available in the home via linear television or physical media. Though Web-based services brought video to desktop and laptop computers, the dominance of proprietary delivery protocols and codecs inhibited research efforts. The recent emergence of HTTP adaptive streaming protocols has prompted a re-evaluation of legacy video delivery paradigms and introduced new questions as to the scalability and manageability of OTT video delivery. This dissertation addresses the question of how to enable for content and network service providers the ability to monitor and manage large numbers of HTTP adaptive streaming clients in an OTT environment. Our early work focused on demonstrating the viability of server-side pacing schemes to produce an HTTP-based streaming server. We also investigated the ability of client-side pacing schemes to work with both commodity HTTP servers and our HTTP streaming server. Continuing our client-side pacing research, we developed our own client-side data proxy architecture which was implemented on a variety of mobile devices and operating systems. We used the portable client architecture as a platform for investigating different rate adaptation schemes and algorithms. We then concentrated on evaluating the network impact of multiple adaptive bitrate clients competing for limited network resources, and developing schemes for enforcing fair access to network resources. The main contribution of this dissertation is the definition of segment-level client and network techniques for enforcing class of service (CoS) differentiation between OTT HTTP adaptive streaming clients. We developed a segment-level network proxy architecture which works transparently with adaptive bitrate clients through the use of segment replacement. We also defined a segment-level rate adaptation algorithm which uses download aborts to enforce CoS differentiation across distributed independent clients. The segment-level abstraction more accurately models application-network interactions and highlights the difference between segment-level and packet-level time scales. Our segment-level CoS enforcement techniques provide a foundation for creating scalable managed OTT video delivery services

Web Content Delivery Optimization

Milliseconds matters, when they’re counted. If we consider the life of the universe into one single year, then on 31 December at 11:59:59.5 PM, “speed” was transportation’s concern, and now after 500 milliseconds it is web’s, and no one knows whose concern it would be in coming milliseconds, but at this very moment; this thesis proposes an optimization method, mainly for content delivery on slow connections. The method utilizes a proxy as a middle box to fetch the content; requested by a client, from a single or multiple web servers, and bundles all of the fetched image content types that fits into the bundling policy; inside a JavaScript file in Base64 format. This optimization method reduces the number of HTTP requests between the client and multiple web servers as a result of its proposed bundling solution, and at the same time optimizes the HTTP compression efficiency as a result of its proposed method of aggregative textual content compression. Page loading time results of the test web pages; which were specially designed and developed to capture the optimum benefits of the proposed method; proved up to 81% faster page loading time for all connection types. However, other tests in non-optimal situations such as webpages which use “Lazy Loading” techniques, showed just 35% to 50% benefits, that is only achievable on 2G and 3G connections (0.2 Mbps – 15 Mbps downlink) and not faster connections

Mobility Management in New Internet Architectures

The software integration with new network architectures via Software-Defined Networking (SDN) axis appears to be a major evolution of networks. While this paradigm was primarily developed for easy network setup, its ability to integrate services has also to be considered. Thus, the mobility service for which solutions have been proposed in conventional architectures by defining standardized protocols should be rethought in terms of SDN service. Mobile devices might use or move in SDN network. In this thesis, we proposed a new mobility management approach which called "SDN-Mobility" and has shown that SDN can be implemented without IP mobility protocol for providing mobility like as Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) that is the solution adopted by 3GPP, with some performance gain. However, PMIPv6 and SDN-Mobility have some packets loss during Mobile Node (MN) handover. Thus, in this thesis, we proposed a new paradigm based on caching function to improve the quality of transfer during handover. Caching policy cooperates with SDN controller for automatic buffering of the data during the handover. We proposed two caching policies that are compared through a performance analysis regarding the quality of transfer for the user and for the operator. This thesis also presented that SDN-Mobility with caching policy can be applied easily for mobility management in heterogeneous network architectures able to integrate the future Internet based on the Information-Centric Networking (ICN)

Ad-hoc Stream Adaptive Protocol

With the growing market of smart-phones, sophisticated applications that do extensive computation are common on mobile platform; and with consumers’ high expectation of technologies to stay connected on the go, academic researchers and industries have been making efforts to find ways to stream multimedia contents to mobile devices. However, the restricted wireless channel bandwidth, unstable nature of wireless channels, and unpredictable nature of mobility, has been the major road block for wireless streaming advance forward. In this paper, various recent studies on mobility and P2P system proposal are explained and analyzed, and propose a new design based on existing P2P systems, aimed to solve the wireless and mobility issues

A network mobility management architecture for a heterogeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe

Support infrastructures for multimedia services with guaranteed continuity and QoS

Advances in wireless networking and content delivery systems are enabling new challenging provisioning scenarios where a growing number of users access multimedia services, e.g., audio/video streaming, while moving among different points of attachment to the Internet, possibly with different connectivity technologies, e.g., Wi-Fi, Bluetooth, and cellular 3G. That calls for novel middlewares capable of dynamically personalizing service provisioning to the characteristics of client environments, in particular to discontinuities in wireless resource availability due to handoffs. This dissertation proposes a novel middleware solution, called MUM, that performs effective and context-aware handoff management to transparently avoid service interruptions during both horizontal and vertical handoffs. To achieve the goal, MUM exploits the full visibility of wireless connections available in client localities and their handoff implementations (handoff awareness), of service quality requirements and handoff-related quality degradations (QoS awareness), and of network topology and resources available in current/future localities (location awareness). The design and implementation of the all main MUM components along with extensive on the field trials of the realized middleware architecture confirmed the validity of the proposed full context-aware handoff management approach. In particular, the reported experimental results demonstrate that MUM can effectively maintain service continuity for a wide range of different multimedia services by exploiting handoff prediction mechanisms, adaptive buffering and pre-fetching techniques, and proactive re-addressing/re-binding