Servicios de descarga de ficheros push en background

Motivación

En la actualidad, los operadores de red dedican una gran parte de los recursos de la red al streaming en directo, a través de conexiones broadcast y unicast. Ofrecer servicio de streaming en directo únicamente responde a requerimientos comerciales: el contenido tiene que estar disponible en cualquier momento y en cualquier sitio. Sin embargo, desde un punto de vista estrictamente académico, el streaming en directo es solamente un requerimiento para el contenido en directo y no para contenido pre-producido. Además, la difusión por broadcast solamente es eficiente cuando el contenido es suficientemente popular.

Los servicios de descarga push en background utilizan la capacidad residual en las redes broadcast para “empujar” contenido popular pre-producido en el zona de almacenamiento del equipo del cliente. La propuesta responde solamente a requerimientos de eficiencia. Por un lado, proporciona valor a los recursos de la red (no utilizados en caso contrario). Por otro, envía contenido popular pre-producido de la forma más eficiente: a través de servicios de descarga broadcast.

Resumen

Los Servicios de Envío de Contenido (CDS) populares utilizan tanto protocolos unicast (por ejemplo descarga de contenido HTTP y vídeo bajo demanda HTTP) o multicast (por ejemplo descarga de contenidos P2P) para enviar los contenidos. Esto significa que estos servicios no se benefician de la eficiencia inherente a broadcast o multicast, donde el mismo contenido se envía a múltiples clientes de forma simultánea. La causa es que estos servicios han sido diseñados para trabajar a través de Internet, donde no hay soporte extremo a extremo para broadcast y multicast.

Por contra, los CDS que utilizan conexiones broadcast o multicast se refieren a CDS unidireccionales y permiten a todos los clientes interesados en el mismo contenido descargárselo en una sola conexión, beneficiándose de la eficiencia inherente al broadcast. Las CDS broadcast se pueden enviar sobre redes de difusión de televisión, como redes DVB. Además, cualquier red que envíe servicios IPTV proporciona soporte extremo a extremo para IP broadcast y los servicios de descarga de contenidos se pueden beneficiar de esta característica.

Hay dos clases diferentes de CDS: descarga de contenido push, donde el envío lo inicia el servidor; y descargas de contenido pull, donde es el cliente el que inicia el envío. Así, el modo CDS pull genera tráfico en la red después de una petición del cliente, mientras que el tráfico generado por el modo push se puede controlar en el servidor.

Otra característica común a diferentes CDS es que muchas son de tipo pull y, por tanto, el ancho de banda que utilizan depende en gran medida de la demanda del usuario. Por contra, los CDS push unidireccionales son gestionadas por el proveedor del servicio, el cual controla el tráfico generado.

En redes broadcast de vídeo, los servicios de streaming de vídeo se envían sobre recursos de red reservados de capacidad fija. Sin embargo, el tráfico de vídeo es, por naturaleza, variable con el tiempo y los recursos de la red reservados no se utilizan a plena capacidad en todo momento. Este exceso de capacidad reservada se puede utilizar para la provisión de otros servicios que no requieren capacidad instantánea, siempre y cuando no comprometan la Calidad de Servicio (QoS) de los servicios de streaming. Claramente, los CDS push unidireccionales en background se pueden beneficiar de este exceso de capacidad reservada, ya que no tienen requerimientos de capacidad instantánea y el tráfico generado se puede controlar en el servidor.

Así, los CDS push unidireccionales en background envían contenido multimedia a los dispositivos cliente a través de las conexiones broadcast existentes, sin interferir con los servicios de streaming en vivo primarios. En el lado del cliente, el servicio almacena los ficheros enviados por los CDS push en almacenamiento local. El proceso de descarga es transparente para el usuario: no hay indicación explícita por parte del usuario de qué ficheros almacenar localmente. Además, el servicio trabaja con una caché prefetching, descargando ficheros en background antes de que sean ofrecidos al usuario. La siguiente figura muestra la arquitectura del CDS push unidireccional en background propuesto.

Figure 1. Arquitectura servicios de descarga de ficheros push en background

Los CDS push unidireccionales en background reutilizan la infraestructura de los servicios de televisión en streaming, mientras que al mismo tiempo consumen pocos (y no utilizados) recursos de la red. Por tanto, estos servicios resultan poco costosos a los operadores de red. Así, los CDS en modo push pueden mejorar la eficiencia del envío de contenido de televisión con muy poca sobrecarga en términos de gastos operativos y sin necesidad de infraestructura adicional.

Esta clase de servicios en background se pueden proporcionar sobre cualquier red de soporte broadcast y pueden jugar diferentes roles en combinación con otros servicios de televisión, tanto servicios de televisión lineales y servicios de vídeo bajo demanda. Para estos últimos, el servicio se podría utilizar para proporcionar contenido al almacenamiento local. De esta forma, el servicio de background trabaja como una caché, reduciendo así tanto el tráfico del servicio bajo demanda y el tiempo de acceso. Otro caso de uso, útil tanto para servicios lineales y bajo demanda, podría ser separar la transmisión de anuncios de la transmisión principal o enviar contenido alternativo para reproducirlo en circunstancias especiales, como una recepción defectuosa del servicio principal.

Estos casos de uso muestran que los CDS en modo push unidireccionales en background proporción valor para diferentes actores en la cadena de valor. Así, los proveedores de contenidos aprovechan mejor los recursos dedicados al envío de contenido; los operadores de red hacen un mejor uso de los recursos de red; y los televidentes se benefician de una Calidad de Experiencia (QoE) mejorada.

Algunas de las publicaciones relacionadas con esta línea de investigación por parte del grupo se pueden encontrar en [6]-[11].

Referencias

[1] T. Paila, R. Walsh, M. Luby, V. Roca, and R. Lehtonen, “FLUTE – File delivery over unidirectional transport,” IETF RFC, vol. 6726, Nov. 2012.
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Publicaciones

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[7] A. Gil, F. Fraile, M. Ramos, I. de Fez, and J. C. Guerri, “Personalized Multimedia Touristic Services for Hybrid broadcast/broadband Mobile receivers,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 56, no. 1, pp. 211-219, 2010.
[8] F. Fraile, I. de Fez, R. Belda and J. C. Guerri, “Evaluation of a background push download service for personal multimedia devices,” in Proc. International Conference in Consumer Electronics, Las Vegas (USA), Jan. 2011, pp. 231-232.
[9] I. de Fez, F. Fraile, R. Belda, and J. C. Guerri, “Analysis and evaluation of adaptative LDPC AL-FEC codes for content download services,” IEEE Transactions on Multimedia, vol. 14, no. 3, pp. 641-650, 2012.
[10] F. Fraile and J. C. Guerri, “Simple models of the content duration and the popularity of television content,” Journal of Network and Computer Applications, vol. 40, pp. 12-20, 2014.
[11] F. Fraile, I. de Fez and J. C. Guerri, “Evaluation of background push content download services to mobile devices over DVB networks,” IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 60, no. 1, pp. 1-15, 2014.