Distribution de contenus collaborative basée sur une plateforme de fonctions réseaux virtualisées en tant que service

par Nicolas Herbaut

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Daniel Negru.

Le président du jury était Francine Krief.

Le jury était composé de Francine Krief, Laurent Mathy, Tarik Taleb, Liam Murphy, Adlen Ksentini, Marko Vukolić.

Les rapporteurs étaient Laurent Mathy, Tarik Taleb.


  • Résumé

    L’augmentation constante de la consommation de vidéos par des services par contournement(Over-The-Top) met à mal l’architecture actuelle d’Internet. Alors qu’une écrasante majorité de labande passante aujourd’hui est allouée à la livraison de contenus, les acteurs de l’Internet, tels queles fournisseurs de contenus, les réseaux de distribution de contenus et les fournisseurs d’accès sontobligés d’optimiser leurs réseaux pour supporter la qualité d’expérience attendue par l’utilisateurfinal. Ces réseaux couteux et spécialisés participent à l’ossification de l’Internet, rendant l’évolutionde son architecture plus difficile à moyen terme. En effet, un choix trop spécifique de dimensionnementdes liens et de la localisation des middle-boxes peut être un frein à une mise à jour ultérieureen vue du support de nouveaux cas d’utilisation. Heureusement, les technologies de virtualisationrécemment promues par les grands opérateurs Internet, les vendeurs de solutions et les organismesde standardisation, permettent une réelle programmabilité du réseau et une plus grande versatilitédans les usages de nouveaux équipements. En effet, l’agilité apportée par ces technologies permet ledéploiement de Fonctions Réseaux Virtuelles (VNF, Virtual Network Functions) pouvant s’exécutersur des serveurs de série à bas coût. Quant au Software-Defined Networking , il rend possible unegestion du réseau logiquement centralisée permettant la programmation des commutateurs.L’objectif de cette thèse est de montrer comment la distribution de contenu peut être amélioréecollaborativement à l’aide de la programmabilité de réseaux. Tout d’abord, nous proposons CDNaaS,une solution complète de réseau de livraison de contenu déployée sur une plateforme de "fonctionsréseaux en tant que service" adoptée et évaluée à large échelle dans le cadre du projet Européen FP7T-NOVA. Nous précisons les interfaces, l’architecture et les choix de conception fait pour développerla plateforme afin de fournir performance, auto-dimensionnement et réutilisabilité. Puis, nous proposonsdeux modèles de collaboration permettant aux acteurs de la livraison de contenu de travaillerensemble afin d’augmenter la qualité d’expérience pour l’utilisateur final, tout en promouvant unecompétition saine et une répartition équilibrée de la valeur ajoutée. Finalement, nous étudions lesdéfis liés à l’allocation de ressources virtuelles dans le cas d’un service vCDN, et proposons plusieursheuristiques et algorithmes permettant l’optimisation du coût du service.Cette thèse ouvre la voie à une distribution de contenu collaborative permettant aux utilisateursd’accéder à leurs contenus avec un haut standard de qualité, tout en contribuant à un développementsain de l’Internet.

  • Titre traduit

    Collaborative Content Distribution over a VNF-as-a-Service platform


  • Résumé

    The constant rise of Over-The-Top video consumption nowadays challenges the current Internetarchitecture. As an overwhelming majority of the bandwidth today is dedicated to the deliveryof video contents, Internet actors such as Content Providers, Content Delivery Network, InternetService Providers are forced to optimize their networks to support the Quality of Experience expectedby the End-Users . Such costly specialized networks participate to the so-called "ossification" of theInternet whichmakes the architecture harder to update, as the placement and dimensioning of linksand middleboxes may be hard to change in the future to support new use cases. Fortunately, thetrend of Virtualizating and Softwarizing the networks pushed by major Telco operators, vendors andstandardization bodies has given hopes that the computing and networking infrastructure can beeasily re-purposed. The agility promoted by technologies such as Network Function Virtualizationand Software Defined Networking makes it possible for middleboxes to be deployed as VirtualNetwork Functions that can run on "commercial off-the-shelf" hardware while having the networkmanaged by a logically centralized controller deploying network configurations on programmableforwarding devices.The goal of this thesis is to show how content distribution can be collaboratively improved thanksto Network Softwarization. First, we propose CDN-as-a-Service (CDNaaS), a complete solution tovirtualize a Content Delivery Network on top of a VNF-as-a-Service platform, adopted and evaluatedat large scale in the FP7 T-Nova European project. We elaborate on the interfaces, architecture anddesign choices made to implement the platform to support performance, automatic scaling andre-usability. Then, we propose two collaboration models allowing the content delivery actors to workjointly on improving End-User Quality of experience while fostering a healthy competition and a fairbalance of revenue. Finally, we study the challenges of NFV resource allocation for the vCDN serviceand propose several heuristics and algorithms to optimize the proposed solution in a cost-effectiveway. This thesis paves the way towards a collaborative content distribution allowing End-Users toaccess their content with the highest standards while contributing to a sound development of theInternet.


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