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Study on efficient content delivery network design and multicast control = 효율적인 콘텐츠 전달망 설계 및 멀티캐스트 제어 연구
서명 / 저자 Study on efficient content delivery network design and multicast control = 효율적인 콘텐츠 전달망 설계 및 멀티캐스트 제어 연구 / Dujeong Lee.
저자명 Lee, Dujeong ; 이두정
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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DEE 15025

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초록정보

Content traffic is sharply increasing. In particular, IP video will represent 79 percent of all traffic by 2018, up from 66 percent in 2013. To cope with explosively increasing content traffic demands, in this thesis, we investigate two important technologies for content service, which are multicast and Content Delivery Network (CDN). Multicast control is one of the fundamental research topics. The multicast problem has been widely addressed for a wired network. Various multicast modeling approaches, such as the Steiner Tree Packing and the conceptual flow approaches, have been introduced, and many novel multicast traffic engineering control algorithms have been developed based on such multicast models. For a wireless network, however, the optimal capacity and traffic engineering control of multicast still remain as open problems. For efficient content service, a CDN distributes copies of frequently requested contents in geographically distributed servers and serves a user request with one of the servers in good proximity to the user. As a result, the content is delivered to the user with less network resource consumption and better Quality of Service (QoS). Recently, it has been reported that CDN performance can be further improved by actively sharing information between CDNs and Internet Service Providers (ISPs), and many system architectures enabling such a tight collaboration have been proposed. This novel collaboration model between CDNs and ISPs raises a new design approach, where traffic engineering and CDN design are jointly considered. However, the impact of ISP traffic engineering cannot be captured by the conventional CDN modeling approach where ISP networks are abstracted by a set of logical link connections. Therefore, we need a new approach where the ISP traffic engineering impact is explicitly incorporated in the model. In the first part of this thesis, the optimal multicast capacity of a general wireless network and the corresponding traffic engineering control algorithm are investigated. More precisely, we introduce three multicast models, each of which employs different routing and transmission schemes at the network and data link layers, respectively, and model their capacities for a general multihop wireless network. Then, we develop optimal multicast traffic engineering control algorithms for the three multicast models and study the capacity gain and complexity of the proposed optimal control algorithms. A low complexity multicast control algorithm is then developed for practical implementation based on a novel threshold-based network service model. We further extend our study for network coding applications. In the second part, the traffic engineering aware CDN design problems, i.e., cache server placement and storage size allocation problems, are addressed. In order to take the traffic engineering into account, we consider an ISP-operated CDN model and characterize its capacity with a proposal of a novel commodity model, i.e., two-way-point commodity model. Based on the capacity region formulations, we develop an optimal CDN design algorithm, where traffic engineering and CDN design are jointly optimized. Due to intractability of the optimal algorithm, we propose a heuristic design algorithm with a novel approach based on the Lyapunov stability theory and analyze the performance.

최근 콘텐츠 트래픽은 급격히 증가하고 있으며, 이를 효과적으로 수용하기 위해 네트워크 다방면으로 연구가 진행되어 왔다. 특히, 멀티캐스트와 콘텐츠 전달망은 콘텐츠 서비스의 핵심 기술로서 본 학위논문에서는 효율적인 멀티캐스트 제어 및 콘텐츠 전달망 연구를 수행한다. 멀티캐스트는 학계에서 오랫동안 연구되어온 중요 연구 기술들 중 하나이다. 초창기 멀티캐스트 연구는 유선 네트워크를 대상으로 성능 모델링 및 제어 연구가 이루어져 왔다. 멀티캐스트 성능 모델링으로는 Steiner Tree Packing 방법이 이 널리 알려져 사용되어 왔으며, 최근에는 Intrasession Network Coding을 이용한 Conceptual Flow 기반의 멀티캐스트 성능 모델링 기법이 제안되었다. 이러한 성능 모델링을 기반으로, 다양한 offline 및 online 멀티캐스트 제어 알고리즘들이 연구되었다. 하지만 무선 네트워크의 멀티캐스트 성능 모델링 및 최적 제어 알고리즘 연구는 제한적으로 이루어져 왔다. 즉, 기존에는 미리 정해진 단일 혹은 다수 멀티캐스트 라우팅 경로들을 기반으로 스캐줄링 및 파워 제어를 최적화 하여 멀티캐스트 성능 향상시키는 연구가 주로 이루어져 왔으며, 동적인 라우팅 기반의 최적 멀티캐스트 성능을 달성하는 알고리즘연구는 이루어지지 않았다. 본 학위논문에서는 무선 네트워크에서 멀티캐스트 성능을 모델링하고 이를 달성할 수 있는 동적 제어 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘의 성능 및 구현 복잡도를 분석하고, 이를 바탕으로 실제 구현할 수 있는 최적 멀티캐스트 제어 알고리즘을 개발 / 분석한다. 무선 멀티캐스트 성능을 더 개선하기 위해서, 멀티캐스트에 적용할 수 있는 간단한 네트워크 코딩 방법을 제안하고, 제안한 네트워크 코딩 기법으로 달성할 수 있는 최적 멀티캐스트 성능을 모델링한다. 멀티캐스트 성능 모델을 기반으로, 최적 성능을 달성할 수 있는 네트워크 코딩, 라우팅, 스케쥴링의 교차 계층 제어 알고리즘을 제안하고 제안 알고리즘의 성능 및 구현 복잡도를 분석한다. 콘텐츠 전달망은 네트워크에 지리적으로 분산된 콘텐츠 캐시 서버를 포설하고, 사용자의 콘텐츠 요청을 가장 가까운 캐시 서버에서 처리하도록 함으로써, 적은 네트워크 자원을 사용하여 높은 서비스 품질을 제공하는 기술이다. 최근에 인터넷 서비스 사업자와 콘텐츠 전달망 사업자간의 긴밀한 협력을 통하여 콘텐츠 전달망의 성능을 향상 시킬 수 있다는 연구결과가 발표되고 있으며, 이를 가능하게 하는 다양한 시스템 구조가 제안되고 있다. 이러한 협력 시스템의 대표적인 예로, 인터넷 서비스 사업자가 운용하는 콘텐츠 전달망 (ISP-operated CDN) 을 예로들 수 있다. 본 학위논문에서는 ISP-operated CDN의 성능을 최적화 하기 위해 traffic engineering을 고려한 콘텐츠 전달망 디자인 연구를 수행한다. 이를 위해서, ISP-operated CDN의 성능을 모델링하고 이를 기반으로 최적 디자인 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 traffic engineering을 고려한 최적 콘텐츠 전달망 디자인을 제시하는 반면, 정수 선형 계획법 기반의 높은 복잡성을 가지고 있는 단점이 있다. 따라서, 실제 적용 가능한 휴리스틱 디자인 알고리즘을 제안하고 제안한 휴리스틱 알고리즘의 성능을 시뮬레이션을 통하여 분석 비교 한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEE 15025
형태사항 vi, 98 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이두정
지도교수의 영문표기 : June Koo Rhee
지도교수의 한글표기 : 이준구
수록잡지명 : "Optimal multicast control for simple network coding". IEEE Transactions on Vehicular Technology, Early access, Early access(2014)
수록잡지명 : "Optimal Content Delivery Network Design in an ISP Network". COMPUTER NETWORKS, Submitted, Submitted(Subm)
Including Appendix
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 References : p.
주제 Multicast control
Content Delivery Network design
Network coding
멀티캐스트 제어
콘텐츠전달망 디자인
네트워크 코딩
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