Estudio, análisis y desarrollo de una red de distribución de contenido y su algoritmo de redirección de usuarios para servicios web y streaming

Abstract

Esta tesis se ha creado en el marco de la línea de investigación de Mecanismos de Distribución de Contenidos en Redes IP, que ha desarrollado su actividad en diferentes proyectos de investigación y en la asignatura ¿Mecanismos de Distribución de Contenidos en Redes IP¿ del programa de doctorado ¿Telecomunicaciones¿ impartido por el Departamento de Comunicaciones de la UPV y, actualmente en el Máster Universitario en Tecnologías, Sistemas y Redes de Comunicación. El crecimiento de Internet es ampliamente conocido, tanto en número de clientes como en tráfico generado. Esto permite acercar a los clientes una interfaz multimedia, donde pueden concurrir datos, voz, video, música, etc. Si bien esto representa una oportunidad de negocio desde múltiples dimensiones, se debe abordar seriamente el aspecto de la escalabilidad, que pretende que el rendimiento medio de un sistema no se vea afectado conforme aumenta el número de clientes o el volumen de información solicitada. El estudio y análisis de la distribución de contenido web y streaming empleando CDNs es el objeto de este proyecto. El enfoque se hará desde una perspectiva generalista, ignorando soluciones de capa de red como IP multicast, así como la reserva de recursos, al no estar disponibles de forma nativa en la infraestructura de Internet. Esto conduce a la introducción de la capa de aplicación como marco coordinador en la distribución de contenido. Entre estas redes, también denominadas overlay networks, se ha escogido el empleo de una Red de Distribución de Contenido (CDN, Content Delivery Network). Este tipo de redes de nivel de aplicación son altamente escalables y permiten un control total sobre los recursos y funcionalidad de todos los elementos de su arquitectura. Esto permite evaluar las prestaciones de una CDN que distribuya contenidos multimedia en términos de: ancho de banda necesario, tiempo de respuesta obtenido por los clientes, calidad percibida, mecanismos de distribución, tiempo de vida al utilizar caching, etc. Las CDNs nacieron a finales de la década de los noventa y tenían como objetivo principal la eliminación o atenuación del denominado efecto flash-crowd, originado por una afluencia masiva de clientes. Actualmente, este tipo de redes está orientando la mayor parte de sus esfuerzos a la capacidad de ofrecer streaming media sobre Internet. Para un análisis minucioso, esta tesis propone un modelo inicial de CDN simplificado, tanto a nivel teórico como práctico. En el aspecto teórico se expone un modelo matemático que permite evaluar analíticamente una CDN. Este modelo introduce una complejidad considerable conforme se introducen nuevas funcionalidades, por lo que se plantea y desarrolla un modelo de simulación que permite por un lado, comprobar la validez del entorno matemático y, por otro lado, establecer un marco comparativo para la implementación práctica de la CDN, tarea que se realiza en la fase final de la tesis. De esta forma, los resultados obtenidos abarcan el ámbito de la teoría, la simulación y la práctica.