Internet content management using complex network analysis techniques

Abstract

With the explosion of (user-generated) content and the heterogeneity of users/devices,today’s Internet has evolved into a system of extreme complexity hindering the design ofeffective network protocols. The availability of global information, either topological orrelated to the users’ profiles is non-realistic if not impossible to obtain. As such, asignificant open challenge that the thesis seeks to address involves the management ofInternet content (or services) in a distributed manner with the utilization of local-scopeinformation. Towards this end, the socio-technical insights provided by the interdisciplinaryframework of Complex Network Analysis (CNA) have attracted the interest of theresearch community, yet remain largely under-explored. The thesis addresses instancesof content management problems over mobile opportunistic networks as well as wired ISPnetworks at the router-level. Among the mobile opportunistic nodes, we seek to identifythe appropriate nodes to store and efficiently provide content to the rest of the network.Over the ISP topologies, we study the distributed Internet service placement and the contentsearch driven by local information. The vulnerability of the latter networks to nodeattacks is also explored from both the connectivity and content-related standpoint. The novelty dimension of the thesis lies in the effort to introduce and promote (CNA) centralitymetrics to important parameters for the design of Internet content operations. Ourresults obtained by analysis and simulations over real-world data, reveal useful insightsand provide guidelines as to how (local) centrality information can efficiently drive themanagement of Internet content.

Με την έκρηξη του διακινούμενου περιεχομένου και την ετερογένεια των χρηστών/συσκευών,το σημερινό Διαδίκτυο έχει εξελιχθεί σε σύστημα εξαιρετικά μεγάλης πολυπλοκότητας, γε-γονός που δυσχεραίνει το σχεδιασμό αποδοτικών πρωτοκόλλων. Η διαθεσιμότητα καθολικήςπληροφορίας, τοπολογικής είτε άλλης σχετικής με το προφίλ των χρηστών, ϑεωρείται πλέον ε-λάχιστα ϱεαλιστική αν όχι αδύνατη. ΄Ετσι, το ανοικτό Ϲήτημα-πρόκληση στο οποίο η διατριβήστοχεύει να απαντήσει είναι η διαχείρηση του Διαδικτυακού περιεχομένου με κατανεμημέ-νο τρόπο και η αξιοποίηση για το σκοπό αυτό πληροφορίας τοπικής εμβέλειας. Προς τηνκατεύθυνση αυτή, η εισαγωγή κοινωνικο-τεχνικών εννοιών και γραφοθεωρητικών εργαλείωνκάτω από τη διεπιστημονική περιοχή της Ανάλυσης Σύνθετων Δικτύων αποσπά αυξανόμενοενδιαφέρον χωρίς όμως να έχει ως τώρα μελετηθεί σε ϐάθος. Η διατριβή εξετάζει προβλή-ματα διαχείρισης περιεχομένου ή/και υπηρεσιών : α) πάνω σε ασύρματα οπορτουνιστικάδίκτυα και ϐ) πάνω σε ενσύρματες τοπολογίες ISP(Internet Service Provider) δικτύων.Στο οπορτουνιστικό περιβάλλον αναζητούνται οι κατάλληλοι κόμβοι πού ϑα αποθηκεύσουνπεριεχόμενο ώστε αυτό να διατίθεται αποδοτικά στο δίκτυο και επίσης διερευνάται η κοινωνι-κοκεντρική (socio-aware) προώθηση μηνυμάτων μεταξύ κινούμενων χρηστών. Πάνω σε ISP τοπολογίες μελετάται η κατανεμημένη χωροθέτηση (placement) υπηρεσιών και η αναζήτησηπεριεχομένου με χρήση τοπικής πληροφορίας. Εμμέσως με το Διαδικτυακό περιεχόμενοσχετίζεται η ευαισθησία ISP τοπολογιών σε επιθέσεις κεντρικών κόμβων που επίσης εξετάζε-ται. Το καινούριο χαρακτηριστικό που εισάγει η διατριβή είναι το πώς κατάλληλα εργαλείαΑνάλυσης Σύνθετων Δικτύων, οι μετρικές κεντρικότητας, μπορούν να αποδόσουν/συλλάβουντη σημασία των κόμβων (χρηστών) μέσα στο δίκτυο ώστε οι σημαντικότεροι να αξιοποιηθούνστο σχεδιασμό αλγορίθμων διαχείρισης περιεχομένου. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι και οιαντίστοιχες υλοποιήσεις πρωτοκόλλων αναλύονται ώς προς την πολυπλοκότητα και τα χα-ϱακτηριστικά τους, και προσομοιώνονται πάνω σε πραγματικές τοπολογίες και δεδομένακίνησης χρηστών του Διαδικτύου. Τα σχετικά αποτελέσματα αναδεικνύουν τις συνθήκεςκάτω από τις οποίες (τοπική) πληροφορία κεντρικότητας μπορεί να οδηγήσει αποδοτικά τηδιαχείριση περιεχομένου.