Leveraging relations among objects to improve the performance of information-centric networks

Abstract

Information-Centric Networking (ICN) is a communication paradigm created to align the network infrastructures to the needs of content distribution systems. ICN employs routing and caching mechanisms tailored to fulfill requests for uniquely identified data objects not associated to a fixed locator. So far, research about ICN focused primarily on evaluating architectural aspects, such as the performance of di erent routing and caching schemes. However, the method applied to distribute data using the concept of objects can also impact communications in an ICN. In this thesis, we explore a model that enables the distribution of contents as multiple data objects. We employ the concept of relations, defined as links between two objects indicating that the data from one complements in some way the data from the other. Our model based on relations enables clients to identify and retrieve the data pieces required to reconstruct a content. It is application agnostic, supports di erent relation structures, and is backward-compatible with current ICN specifications. We also discuss the main design aspects related to the implementation of the model in the Named Data Networking (NDN) architecture. To evaluate how relations impact network and application performance, we perform a series of experiments with two case studies based on relevant scenarios from the current Internet, namely: multimedia content and Web pages. The multimedia case study explores a favorable scenario in which relations present a negligible overhead in contrast to the high volume of content data. Results from this case study show that, compared to the standard NDN implementation, relations can reduce download times by 34% and network tra c by 43%. In turn, the Web pages case study explores a scenario in which relations generate a non-negligible impact on the network and applications. The analysis of this scenario shows that, even with the additional overhead incurred by relations, the mechanism can reduce on average 28% client download time, and 34%, global network tra c.

Redes Orientadas a Conteúdo (Information-Centric Networks, ICN) são um novo paradigma de comunicação criado para aproximar as infraestruturas de rede às necessidades de sistemas de distribuição de conteúdo. ICN utiliza mecanismos de roteamento e cache projetados para atender requisições por objetos de dados unicamente identificados e desassociados de um localizador fixo. Até o momento, pesquisas sobre ICN focaram principalmente na avaliação de aspectos arquiteturais, tais como o desempenho de diferentes esquemas de roteamento e cache. Entretanto, o método aplicado para distribuir dados utilizando o conceito de objetos também pode impactar a comunicação em uma ICN. Esta tese explora um modelo que permite a distribuição de um conteúdo através de múltiplos objetos de dados. Emprega-se o conceito de relações, definidas como elos entre dois objetos indicando que os dados de um complementam de alguma forma os dados do outro. Tal modelo baseado em relações permite que clientes identifiquem e recuperem os objetos necessários para a reconstrução do conteúdo. Ele é agnóstico ao formato de dados das aplicações, suporta diferentes estruturas de relações e é retrocompatível com especificações atuais de arquiteturas ICN. Também discute-se os principais aspectos de projeto relativos à implementação do modelo na arquitetura NDN. Para avaliar o impacto de relações no desempenho da rede e aplicações, foi realizada uma série de experimentos com dois estudos de caso baseados em cenários relevantes da Internet atual, sendo eles: conteúdo multimídia e páginasWeb. O estudo de caso sobre conteúdo multimídia explora um cenário favorável, no qual relações apresentam uma sobrecarga negligível em contraste ao grande volume de dados dos conteúdos. Os resultados deste estudo de caso mostram que, em comparação com a implementação padrão do NDN, o uso de relações pode reduzir os tempos de download em 34% e o tráfego de rede em 43%. Por sua vez, o estudo de caso sobre páginasWeb explora um cenário no qual relações geram um impacto não negligível na rede e aplicações. A análise deste cenário mostra que, mesmo com a sobrecarga adicional gerada pelas relações, o mecanismo pode reduzir, em média, o tempo de download dos clientes em 28% e o tráfego de rede em 34%.