Cache, process and forward in Information-centric networking

Mécanismes de cache, traitement et diffusion de l'information dans les réseaux centrés sur l'information (ICN)

Leonce Mekinda Mengue (1)

1 LTCI - Laboratoire Traitement et Communication de l'Information

This thesis investigates how making content caching and forwarding latency-aware can improve data delivery performance in Information-Centric Networks (ICN). We introduce a new mechanism that leverages retrieval time observations to decide whether to store an object in a network cache, based on the expected delivery time improvement. We demonstrate that our distributed latency-aware caching mechanism, LAC+, outperforms state of the art proposals and results in a reduction of the content mean delivery time and standard deviation of LRU caches by up to 60%, along with a fast convergence to these figures. In a second phase, we conjointly optimize the caching function and the multipath request forwarding strategies. To this purpose, we introduce the mixed forwarding strategy LB-Perf, directing the most popular content towards the same next hops to foster egress caches convergence, while load-balancing the others. Third, we address ICN fairness to contents. We show that traditional ICN caching, which favors the most popular objects, does not prevent the network from being globally fair, content-wise. The incidence of our findings comforts the ICN community momentum to improve LFU cache management policy and its approximations. We demonstrate that in-network caching leads to content-wise fair network capacity sharing as long as bandwidth sharing is content-wise fair. Finally, we contribute to the research effort aiming to help ICN Forwarding Information Base scale when confronted to the huge IoT era’s namespace.We propose AFFORD, a novel view on routing in named-data networking that combines machine learning and stochastic forwarding.

Ce travail de thèse s’est tout d’abord attaché à comprendre comment la prise en compte du temps de téléchargement, autrement dit, de la latence, lors de la mise en cache ou de la transmission de données pouvait contribuer aux performances du téléchargement dans les réseaux de caches dont ICN. Nous y introduisons un mécanisme distribué novateur qui décide de l’opportunité de conserver un objet en considérant que plus il a été long à télécharger plus intéressant il semble de le soumettre au cache sous-jacent. Nous montrons que ce nouveau mécanisme surpasse en de nombreux points l’état de l’art, que ce soit du point de vue de la réduction du temps moyen de téléchargement à partir de caches LRU, et de son écart-type (jusqu’à −60% ), que de celui de la vitesse de convergence vers ceux-ci. Dans une seconde phase, nous avons optimisé conjointement les fonctions de mises en cache et de distribution multi-chemin de requêtes de contenus. Troisièmement, nous avons étudié l’équité vis-à-vis des contenus au sein des réseaux de caches et plus particulièrement, d’ICN. Il en ressort que seule suffit une allocation équitable de la bande passante entre les contenus pour que l’équité d’ICN soit complète. Notre dernière contribution vise à aider au passage à l’échelle d’ICN dans contexte où deviennent réalités l’Internet des Objets et son espace de nommage illimité. Nous avons proposé une approche nouvelle au routage dans les réseaux centrés sur l’information, nommée AFFORD, qui combine apprentissage automatique et diffusion aléatoire.

Mots clés: Performance evaluation; Cache management; Transport protocol; Information-Centric networks; Machine learning; Forwarding

Mots clés: Apprentissage automatique; Distribution multi-chemin; Réseaux centrés sur l’information; Gestion de caches; Protocoles de transport; Evaluation de performances

Domaines: Réseaux et télécommunications [cs.NI]

Leonce Mekinda Mengue. Cache, process and forward in Information-centric networking. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2016. English. ⟨NNT : 2016ENST0075⟩. ⟨tel-01794776⟩