MobCache: mobilidade de provedor e armazenamento eficiente em redes sem fio orientadas a conteúdo

FACEPEO paradigma ICN (Information Centric Network) propõe que as operações da rede tenham o foco na recuperação do conteúdo ou informação, não importando sua localização física, Esta arquitetura difere substancialmente do projeto original da Internet, em vigor, centrado no host e dependente do endereçamento IP. O armazenamento de conteúdo nos roteadores da rede e não apenas no provedor/fonte de conteúdo, além do suporte intrínseco à mobilidade do consumidor de conteúdo, são algumas das características que tornam o ICN uma das soluções proeminentes para lidar com a explosão tanto do tráfego de vídeo na Internet quanto do acesso via dispositivos móveis. Apesar do suporte à mobilidade de consumidor no ICN, há questões em aberto para que as operadoras invistam na implantação do ICN em suas redes, como o suporte transparente à mobilidade do provedor. Nesse contexto, esta tese investiga e propõe soluções para dois problemas tratados isoladamente pela literatura da área de redes centradas na informação: (a) decisão de armazenamento nos elementos da rede (in-network caching) e (b) mobilidade transparente de provedor de conteúdo. Dessa forma, propõe-se a sinergia entre mobilidade e caching com o objetivo de solucionar o problema de mobilidade de provedor em cenários fim-a-fim. Primeiramente, foi desenvolvida uma solução para cada problema. A solução para (a) consistiu em um modelo binomial e um algoritmo para ranqueamento de cache baseado no número de acertos; a avaliação, utilizando o simulador Omnet++, mostrou ganhos de 10% a 30% em comparação com algumas das estratégias mais citadas na literatura usando métricas de taxa de acerto, número de saltos e atraso médio de pacotes. A solução para (b) foi baseada em um esquema de envio de pacotes especiais para atualização das rotas de forma rápida e direta, após o handover. Um modelo analítico para analisar o custo do handover da proposta foi desenvolvido e validado via simulação. Diversas soluções da literatura foram comparadas em termos de métricas de QoS (Quality of Service). Em relação à vazão, os ganhos da proposta variam de 3%, com o provedor movendo-se a 1m/s, e 244%, com o provedor movendo-se a 30m/s. Além disso, foi demonstrado na tese que há relação entre mobilidade e caching em redes ICN e que é possível melhorar ainda mais os serviços se a solução para os problemas (a) e (b) for desenvolvida de forma conjunta. Com isso, foi proposto o MobCache, um arcabouço para tratar a mobilidade de provedor nas CCNs (Content Centric Networks) visando melhorar a QoS e QoE (Quality of Experience) para tráfego de vídeo, levando-se em consideração tanto a parte cabeada quanto a sem fio da rede. Os resultados de QoS e QoE mostraram a superioridade da proposta em relação ao estado da arte, com ganhos de até 58% em relação à vazão e de 16% a 80% em relação à avaliação de qualidade de vídeo, em particular o PSNR (Peak Signal to Noise Ratio).The Information Centric Network (ICN) paradigm proposes that network operations focus on the content retrieval, regardless of its physical location. Such architecture differs from the original Internet project, i.e., host-centric and IPaddress-dependent. Storing content on routers rather than on the content source, as well as the intrinsic support for the consumer’s mobility, are some features that make ICN one of the prominent solutions to deal with the boost in both video and mobile traffic. New standards such as those for Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs) created the need to address new requirements such as efficient content delivery while moving between wireless access points. For instance, smart vehicles may share data so as to report bad weather, accidents or even transmit multimedia content. Despite the mobility support given for the consumer, there are open issues for operators in the ICN deployment, such as transparent support for provider mobility. This thesis investigates and proposes separate solutions for two problems: (a) network equipment storing decision (innetwork caching) and (b) transparent mobility for content providers. It is proposed the synergy between mobility and caching, aiming to solve the problem of provider mobility in end-to-end scenarios. The solution to (a) consisted of a model and cache ranking algorithm that is based on the number of hits. The adopted simulation tool was the Omnet++ simulator and our results showed gains of 10% to 30% compared to some of the most cited strategies, using hit rate, number of jumps and average packet delay as the main performance metrics. The solution to (b) aimed at fast route update (after the handover events) and was based on a scheme for special package forwarding. An analytical model to analyze the proposal handover cost was developed and validated through simulation. In terms of flow, the proposal gains range from 3%, with the provider moving at 1m/s, and 244%, with the provider moving at 30m /s. In addition, it has been demonstrated a relationship between mobility and caching in ICN networks and that it is possible to further improve services if the solution to problems (a) and (b) are tackled simultaneously. MobCache, a framework for addressing the provider mobility in CCNs (Content Centric Network) was proposed to improve QoS (Quality of Service) and QoE (Quality of Experience) for video traffic, taking into account both wired and wireless network. The results showed the proposal’s superiority, with gains of up to 58% and considering QoS and QoE, MobCache achieved 58% in terms of flow rate and 16% to 80% in video quality evaluation, in particular PSNR (Peak Signal to Noise Ratio). In addition, the proposal was also evaluated through a mathematical model, presenting gains that ranged from 150% to 300% in this scenario. The model was validated by means of software simulation, resulting in a similar output for a single input data, in both methods