Incitation à la mise en cache dans les réseaux d’internet de véhicules

 Avec l’évolution rapide des technologies de communication mobile et la prolifération des appareils intelligents (smart phones, tablettes, ordinateurs portables, etc.) et des applications (Wechat, Facebook, YouTube, Netflix, etc.), les utilisateurs mobiles souhaitent accéder à leurs contenus partout et à tous moment, plus particulièrement dans les transports que ce soit dans des véhicules personnels, ou dans des transports en commun. Une tendance qui peut générer une augmentation exponentielle de trafic de données mobiles. Ce phénomène va rapidement causer l’épuisement des ressources déjà limitées des liens sans fil et plus particulièrement la saturation des liens backhauls entre le réseau d’accès et le réseau cœur. Cela est principalement dû aux accès redondants au contenu multimédia de plus en plus gourmand en bande passante. Pour faire face à ce problème, une solution innovante a été proposée en déplaçant le contenu populaire des utilisateurs finaux vers des nœuds plus proches de l’utilisateur mobile (ex. stations de base cellulaires, les points d’accès, les appareils mobiles des utilisateurs, les véhicules, etc.) afin de servir les requêtes des utilisateurs localement et libérer par la suite les liens backhauls . Cette solution est appelée la technique de mise en cache ou caching en anglais. La technique de mise en cache a attiré une attention considérable par la communauté des chercheurs, car elle peut réduire efficacement la charge de trafic sur les liens de réseau cœur en éliminant la transmission des données redondantes. En réalité, il y a principalement deux acteurs qui gèrent la mise en cache de contenu qui sont : les fournisseurs de contenu (Content provider, CP), comme YouTube et Netflix, qui proposent des contenus populaires et veulent les rapprocher de leurs utilisateurs finaux afin d’améliorer la qualité d’expérience (Quality of Experience, QoE) ; et les gestionnaires des caches, tels que les opérateurs de réseau mobile (Mobile Network Operator, MNO), qui déploient et gèrent des espaces de stockage (caches) et proposent la location de ces caches en espérant gagner des profits financiers . Récemment, des mécanismes d’incitation ont été proposés pour encourager ces deux acteurs à collaborer pour assurer une mise en cache plus efficace. Nous présentons dans ce chapitre, une vue d’ensemble sur les techniques de mise en cache dans les réseaux de véhicules. Nous commençons par donner les définitions de bases de la mise en cache et les avantages de l’incitation pour les réseaux de véhicules dans la section 2.2. Ensuite, nous présentons un survol bibliographique sur les principaux travaux sur l’incitation à la mise en cache dans la section 2.3. Nous terminons le chapitre par une conclusion dans la section 2.5.

 Technique de mise en cache

 La technique de mise en cache a réussi à prouver son utilité dans la plupart des systèmes et réseaux informatiques surtout avec l’augmentation du trafic de données mobiles sans fil en raison de l’augmentation sans cesse des utilisateurs mobiles et de leurs applications gourmandes en bande passante. Dans cette section, nous allons définir la technique de la mise en cache, décrire l’incitation à la mise en cache et présenter ces apports pour les réseaux de véhicules.

Définition

 La technique de mise en cache, ou caching en anglais, a été proposée comme une solution prometteuse pour le problème d’explosion de trafic de données mobiles. La mise en cache consiste à stocker les contenus populaires (i.e. le contenu fréquemment demandé par les utilisateurs) localement dans des caches (des espaces mémoires) déployés sur des nœuds physiquement proches de l’utilisateur final (station de base cellulaires, véhicules, etc.) pour atténuer la surcharge sur le backhaul de réseau cœur [33]. Il existe deux principaux acteurs qui interviennent lors de la mise en cache de contenu : les fournisseurs de contenu (Content Provider, CP), comme YouTube et Netflix, et les propriétaires/gestionnaires des caches (Cache Owner, CO), tels que les opérateurs de réseau mobile (Mobile Network Operator, MNO) voir la figure 2.1. Les CPs détiennent une bibliothèque de contenus populaires qui sont très fréquemment demandés par des utilisateurs proches les uns des autres. Ces derniers souhaitent déplacer et stocker leurs contenus populaires à la périphérie de réseau proche de l’utilisateur final. Les CPs visent à améliorer la qualité d’expérience (Experience Quality, QoE) de leurs utilisateurs finaux en termes de temps d’accès au contenu et temps de téléchargement. De leurs côtés, les COs détiennent un espace de stockage distribué sur des caches et visent à remplier cet espace de stockage pour rentabiliser les caches et gagner plus de profits en louant les caches aux CPs. 

 Incitation à la mise en cache

 Une mise en cache réussite, nécessite la collaboration entre les différents acteurs, les fournisseurs de contenu (CPs) et les gestionnaires des caches (COs). Pour cela, des mécanismes de mise en cache doivent être mise en place pour mener à bien cette collaboration et assurer une mise en cache efficace. En effet, les fournisseurs de contenu (CPs) possèdent des contenus populaires et ont besoin des gestionnaires des caches, tels que les MNOs, afin de stocker leurs contenus populaires. Aussi, les COs ont besoin des CPs pour remplir et rentabiliser leurs caches ainsi que pour alléger les backhauls de réseau cœur. Les rôles de ces acteurs dans divers scénarios de mise en cache sont souvent discutés dans la littérature [2], [36], [37] d’un point de vue commercial en focalisant les études sur les gains et les pertes de ces acteurs . 

 Apports de la mise en cache pour les réseaux de véhicules

 La mise en cache des données peut améliorer considérablement l’efficacité de l’accès à l’information dans un réseau de véhicules en réduisant la latence, le temps d’accès et l’utilisation de la bande passante. Dans les points suivants, nous citons les principaux apports de la mise en cache dans les réseaux de véhicules [39] : – Technologie efficace pour réduire la latence de communication tout en atténuant considérablement le flux de données redondantes. – Sauvegarde de la bande passante : la mise en cache peut réduire les coûts globaux des transferts de données à travers le réseau cœur en stockant les contenus populaires, au niveau des véhicules par exemple, proche des utilisateurs finaux et par conséquence réduire la charge de trafic sur les liens backhauls de réseau cœur. – Avec des caches déployés prêts de l’utilisateur final, comme sur les véhicules mobiles, l’accès aux informations et les données sera très rapide (presque instantanée). – Améliorer le temps de réponse à la demande de contenu ou des services des véhicules pour permettre un accès plus rapide à l’information [40]. – Utiliser les communications V2V en temps réel peut être utilisés pour partager les données de mise en cache, ce qui diminue également les frais généraux de backhaul [40]. – Améliorer les performances du réseau et la qualité d’expérience des utilisateurs. Afin d’illustrer quelques exemples de cas d’utilisations des techniques de mise en cache dans le contexte des réseaux de véhicules. Nous donnons dans la section suivante un survol bibliographique sur les principaux travaux sur l’incitation à la mise en cache.