Energy efficient caching and content distribution for video-on-demand in fixed mobile convergent networks

The success of novel bandwidth-consuming multimedia services such as Videoon- Demand (VoD) is leading to a tremendous growth of the Internet traffic such that it has been evolving towards a media streaming platform since most of its data traffic, both for fixed and mobile users, is VoD related or an IP - TV related. Content caching can help to mitigate such uncontrolled growth by storing video content closer to the users in core, metro and access network nodes. So far, metro and especially access networks supporting mobile and fixed users have evolved independently, leveraging logically (and often also physically) separate infrastructures; this means that mobile users cannot access caches placed in the fixed access network (and vice-versa), even if they are geographically close to them, the energy consumption implications of such undesired effects must be investigated. The first contribution of this thesis is to provide a defined energy optimization problem of content delivery of VoD in the current state of the art telecommunication networks and as well in future fixed mobile convergent (FMC) networks. We define an optimization problem modeling and energy-efficient placement of caches in core, metro and fixed/mobile access nodes of the network. Then, we compare different content distribution strategies at a varying traffic load conditions and at various network instances. In addition, we show how the evolution towards a Fixed-Mobile Converged metro/access network, where fixed and mobile users can share caches, can reduce the energy consumed for VoD content delivery.

Il successo di nuovi servizi multimediali che richiedono molta banda, come il Video-on-Demand (VoD), sta portando ad una eccezionale crescita del traffico di Internet a tal punto da farlo evolvere in una piattaforma per lo streaming dei media, dal momento che la maggior parte del suo traffico dati, sia per utenti fissi che mobili, `e legato al VoD o all’IP-TV. Il caching dei contenuti pu`o aiutare ad attenuare una crescita cos`ı incontrollata grazie alla memorizzazione dei contenuti video nei nodi della rete di core, metro e d’accesso pi`u vicino all’utente. Fino ad ora le reti metro e soprattutto d’accesso che supportano utenti fissi e mobili si sono evolute in modo indipendente, sfruttando infrastrutture separate logicamente (e molto spesso anche fisicamente); ci`o significa che gli utenti mobili non possono accedere alle cache della rete d’accesso fissa (e viceversa), pur essendovi geograficamente vicino, si rende perci`o necessario approfondire le implicazioni di tali effetti collaterali dal punto di vista del consumo energetico. Il primo contributo di questa tesi sar`a fornire un problema di ottimizzazione (ben definito???) dell’energia per la distribuzione dei contenuti nel VoD nelle reti di telecomunicazioni allo stato dell’arte corrente e delle future reti a convergenza fisso-mobile (FMC). Definiremo un problema di ottimizzazione per modellizzare e collocare in modo efficiente dal punto di vista energetico le cache nei nodi della rete core, metro e d’accesso fisso/mobile. In seguito compareremo diverse strategie di distribuzione dei contenuti al variare delle condizioni di traffico e nelle diverse istanze di rete. Inoltre, mostreremo come l’evoluzione in direzione di una rete metro e di accesso FMC, nelle quali utenti fissi e mobili possano condividere le cache, sia in grado ridurre l’energia necessaria alla distribuzione di contenuti VoD.