Efficient in-network content distribution: wireless resource sharing, network planning, and security

In recent years, the amount of traffic requests that Internet users generate on a daily basis has increased exponentially, mostly due to the worldwide success of video streaming services, such as Netflix and YouTube. While Content-Delivery Networks (CDNs) are the de-facto standard used nowadays to serve the ever increasing users’ demands, the scientific community has formulated proposals known under the name of Content-Centric Networks (CCN) to change the network protocol stack in order to turn the network into a content distribution infrastructure. In this context this Ph.D. thesis studies efficient techniques to foster content distribution taking into account three complementary problems: 1) We consider the scenario of a wireless heterogeneous network, and we formulate a novel mechanism to motivate wireless access point owners to lease their unexploited bandwidth and cache storage, in exchange for an economic incentive. 2) We study the centralized network planning problem and (I) we analyze the migration to CCN; (II) we compare the performance bounds for a CDN with those of a CCN, and (III) we take into account a virtualized CDN and study the stochastic planning problem for one such architecture. 3) We investigate the security properties on access control and trackability and formulate ConfTrack-CCN: a CCN extension to enforce confidentiality, trackability and access policy evolution in the presence of distributed caches.

Negli ultimi anni il volume di traffico che gli utenti di Internet generano quotidianamente è cresciuto esponenzialmente, principalmente grazie al successo dei servizi di streaming video, come ad esempio Netflix o YouTube. Mentre le reti di distribuzione dei contenuti (Content-Delivery Networks CDNs) sono lo standard usato oggi per servire le richieste sempre crescenti degli utenti, la comunità scientifica ha formulato nuove proposte, note con il nome di Content-Centric Networks (CCN), per cambiare lo stack protocollare al fine di rendere la rete un'efficiente infrastruttura di distribuzione di contenuti. In questo contesto, questa tesi di dottorato studia tecniche efficienti per supportare la distribuzione dei contenuti e considera tre problematiche complementari: 1) Consideriamo lo scenario di una rete wireless eterogenea e formuliamo un nuovo meccanismo per motivare i possessori di punti di accesso wireless a negoziare le proprie risorse di banda e storage inutilizzate, in cambio di un incentivo economico. 2) Studiamo il problema centralizzato di pianificazione della rete e (I) analizziamo la migrazione a CCN; (II) compariamo i bound di performance di una CDN con quelli di CCN, e (III) consideriamo il caso di una CDN virtualizzata studiando il problema di pianificazione stocastica di una tale infrastruttura di distribuzione. 3) Studiamo le proprietà di sicurezza relative sia al controllo d'accesso che alla tracciabilità, e formuliamo ConfTrack-CCN: un'estensione di CCN che, anche in presenza di cache distribuite, consente di proteggere la confidenzialità dei dati, garantendo al tempo stesso la tracciabilità dell'accesso e supportando l'evoluzione delle policy.