Entrega de conteúdos multimédia em over-the-top: caso de estudo das gravações automáticas

Doutoramento em Engenharia EletrotécnicaOver-The-Top (OTT) multimedia delivery is a very appealing approach for providing ubiquitous, exible, and globally accessible services capable of low-cost and unrestrained device targeting. In spite of its appeal, the underlying delivery architecture must be carefully planned and optimized to maintain a high Qualityof- Experience (QoE) and rational resource usage, especially when migrating from services running on managed networks with established quality guarantees. To address the lack of holistic research works on OTT multimedia delivery systems, this Thesis focuses on an end-to-end optimization challenge, considering a migration use-case of a popular Catch-up TV service from managed IP Television (IPTV) networks to OTT. A global study is conducted on the importance of Catch-up TV and its impact in today's society, demonstrating the growing popularity of this time-shift service, its relevance in the multimedia landscape, and tness as an OTT migration use-case. Catch-up TV consumption logs are obtained from a Pay-TV operator's live production IPTV service containing over 1 million subscribers to characterize demand and extract insights from service utilization at a scale and scope not yet addressed in the literature. This characterization is used to build demand forecasting models relying on machine learning techniques to enable static and dynamic optimization of OTT multimedia delivery solutions, which are able to produce accurate bandwidth and storage requirements' forecasts, and may be used to achieve considerable power and cost savings whilst maintaining a high QoE. A novel caching algorithm, Most Popularly Used (MPU), is proposed, implemented, and shown to outperform established caching algorithms in both simulation and experimental scenarios. The need for accurate QoE measurements in OTT scenarios supporting HTTP Adaptive Streaming (HAS) motivates the creation of a new QoE model capable of taking into account the impact of key HAS aspects. By addressing the complete content delivery pipeline in the envisioned content-aware OTT Content Delivery Network (CDN), this Thesis demonstrates that signi cant improvements are possible in next-generation multimedia delivery solutions.A entrega de conteúdos multimédia em Over-The-Top (OTT) e uma proposta atractiva para fornecer um serviço flexível e globalmente acessível, capaz de alcançar qualquer dispositivo, com uma promessa de baixos custos. Apesar das suas vantagens, e necessario um planeamento arquitectural detalhado e optimizado para manter níveis elevados de Qualidade de Experiência (QoE), em particular aquando da migração dos serviços suportados em redes geridas com garantias de qualidade pré-estabelecidas. Para colmatar a falta de trabalhos de investigação na área de sistemas de entrega de conteúdos multimédia em OTT, esta Tese foca-se na optimização destas soluções como um todo, partindo do caso de uso de migração de um serviço popular de Gravações Automáticas suportado em redes de Televisão sobre IP (IPTV) geridas, para um cenário de entrega em OTT. Um estudo global para aferir a importância das Gravações Automáticas revela a sua relevância no panorama de serviços multimédia e a sua adequação enquanto caso de uso de migração para cenários OTT. São obtidos registos de consumos de um serviço de produção de Gravações Automáticas, representando mais de 1 milhão de assinantes, para caracterizar e extrair informação de consumos numa escala e âmbito não contemplados ate a data na literatura. Esta caracterização e utilizada para construir modelos de previsão de carga, tirando partido de sistemas de machine learning, que permitem optimizações estáticas e dinâmicas dos sistemas de entrega de conteúdos em OTT através de previsões das necessidades de largura de banda e armazenamento, potenciando ganhos significativos em consumo energético e custos. Um novo mecanismo de caching, Most Popularly Used (MPU), demonstra um desempenho superior as soluções de referencia, quer em cenários de simulação quer experimentais. A necessidade de medição exacta da QoE em streaming adaptativo HTTP motiva a criaçao de um modelo capaz de endereçar aspectos específicos destas tecnologias adaptativas. Ao endereçar a cadeia completa de entrega através de uma arquitectura consciente dos seus conteúdos, esta Tese demonstra que são possíveis melhorias de desempenho muito significativas nas redes de entregas de conteúdos em OTT de próxima geração

Demonstração de criação de redes virtuais no âmbito do operador

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesA Internet nunca foi pensada para suportar a multiplicidade de serviços e a quantidade de utilizadores que tem actualmente. Conjugando este facto com uma crescente exigência quer a nível de desempenho, quer a nível de flexibilidade e robustez, facilmente se percebe que a arquitectura actual não corresponde nem às necessidades e exigências dos utilizadores actuais nem dos futuros. A virtualização de rede é, assim, apresentada como uma possível solução para este problema. Ao permitir que um conjunto de redes com requisitos e arquitecturas distintos, optimizados para diferentes aplicações, partilhem uma mesma infra-estrutura e sejam independentes desta, permitirá o desenvolvimento de alternativas que minimizem ou suprimam as limitações conhecidas da Internet actual. O facto de uma mesma rede física poder ser utilizada para suportar múltiplas redes virtuais é de grande interesse para os operadores. Ao melhorar a utilização da infra-estrutura e a consolidação de recursos, é possível aumentar a rentabilidade da mesma. Além desta mais eficiente utilização, que se traduz numa vantagem competitiva, a virtualização de rede permite o aparecimento de novos modelos de negócio através da dissociação entre serviços e a rede física. Neste sentido, e no âmbito do projecto 4WARD, esta dissertação propõe-se a desenvolver uma plataforma de virtualização que permita a avaliação, resolução de problemas e testes referentes à criação, monitorização e gestão de redes virtuais existentes numa rede física experimental. Foram desenvolvidas funcionalidades dinâmicas de monitorização de rede, através das quais é possível detectar situações de falhas, sobre utilização ou problemas de configuração. Também foram desenvolvidos, simulados e implementados algoritmos distribuídos de descoberta de redes físicas e virtuais. Na vertente de gestão da rede, foram implementados mecanismos que permitem actuar sobre os recursos virtuais. Por fim, para que a criação inteligente de redes virtuais fosse possível e efectuada o mais rapidamente possível, foram desenvolvidos algoritmos de mapeamento dinâmico de redes virtuais e optimizados os processos de criação dos respectivos nós. Por forma a disponibilizar e testar as funcionalidades, foi desenvolvida uma plataforma de virtualização que fornece um ambiente gráfico e que permite, de forma intuitiva, desenhar e configurar redes virtuais, monitorizar as redes existentes em tempo real e actuar sobre elas. Esta plataforma foi desenvolvida de forma modular e poderá servir como base para futuros melhoramentos e funcionalidades. Os resultados obtidos, além de implementarem as funcionalidades desejadas e de comprovarem a escalabilidade da arquitectura e dos algoritmos propostos, provam que é possível a existência de uma ferramenta única de gestão, monitorização e criação de redes virtuais.The Internet was never designed to support the huge amount of services and users that it has nowadays. Combined with ever-increasing requirements for performance, flexibility, and robustness, one can easily realize that the current architecture does not match neither the needs nor the demands of the current and future users. Network virtualization arises as a potential solution for these issues. By letting multiple networks, optimized for different applications with different requirements and architectures, to coexist and share the same infrastructure in an independent way, new alternatives may be developed that bypass the known limitations of the current Internet. This ability to use the same physical infrastructure to hold multiple virtual networks is of great interest for network operators. By improving its infrastructure utilization and increasing the resource consolidation, higher profitability can be achieved. Besides this competitive advantage, network virtualization enables new business models and the dissociation of the provided services from the physical network. With that goal in mind, this Thesis, in the scope of the 4WARD project, presents a virtualization platform that will enable the evaluation and solving of the inherent problems associated with the creation, monitoring and management of virtual networks, embedded in an experimental physical network. The developed dynamic monitoring features make the detection of failures, misconfigurations or overloads possible. In addition, physical and virtual network discovery mechanisms were designed, simulated and implemented. Regarding network management, acting upon virtual resources was also made possible. Finally, in order to optimize and speed-up virtual network creation, dynamic mapping algorithms and optimized node creation processes were developed. In order to provide and test the specified features, a network virtualization platform was developed containing a graphical user interface that aims to provide the users with a simple, interactive, intuitive way of designing and configuring virtual networks, as well as monitoring and managing them. The developed platform poses itself as a possible platform for future enhancements and added functionalities, due to its modular nature. The attained results, besides implementing the desired features and having proven the scalability and feasibility of the proposed algorithms, are also the evidence that the existence of a single tool to manage, monitor and create virtual networks is feasible