Energy-efficient media content storage and distribution

Abstract

[ANGLÈS] Internet is a tool that today has become indispensable in our lives. Its use has become a fact so important that this network infrastructure deployed today requires a lot of energy to make it work. Depending what you visit when you surf the Internet, it requires a certain amount of energy or another. So, for actions that only involve text, such as sending an email or read a blog without pictures the energy used to bring these bits of data is scarce due to the relatively little information is sent over the network. However, pictures and videos are watched, this transfer of bits and therefore the energy for transferring all data, greatly increase. Many content providers are now offering their programs or movies on the net. Thus, users can have the content without being tied to a schedule and choose from a variety of content from all over the world, without having to worry of install any antenna. This benefits, together with the flexibility and interactivity of the Internet has led to users and providers opt for this method. As a consequence of this, nowadays most of the data traffic on the network, which is about 65%, is due to viewing multimedia content. For this reason, and in order to calm the rise in energy demand in the network and avoid a possible systematically shutdown, in this master thesis different architectures are studied that are used for distributing the media content (related to both the storage and the transport through the network). It is also analyzed their energy efficiency and which strategies can be applied in order to save energy and consequently save money and carbon dioxide emissions. Methods that do not fall within a specific architecture and can be used in almost any architecture are also discussed. These methods relate to four basic aspects of the content distribution chain: storage, how the information that is sent is coded in order to use less energy, the transport layer and finally, how to make more efficient the devices that users use to connect their TV with the network and display content on the screen. Finally, it is analyzed the particular case of a population and which possible solutions can be applied to reduce the energy consumption of the network, without worsen image quality.

[CASTELLÀ] Internet es una herramienta que hoy en día se ha convertido en indispensable en la nuestras vidas. Su uso se ha convertido en algo tan importante que la infraestructura desplegada de esta red hoy en día requiere mucha energía para hacerla funcionar. Dependiendo de qué visitamos al navegar por Internet, se requiere una cierta cantidad de energía u otra. Así pues, para acciones que sólo involucran texto, como enviar un correo electrónico o leer un bloque sin imágenes la energía empleada para hacer llegar estos bits de datos es escasa debido a la relativa poca información que se envía a través de la red. Sin embargo, cuando vemos imágenes o vídeos (que son imágenes en movimiento junto con sonido), esta transferencia de bits aumenta mucho y por tanto, la energía empleada para hacerla llegar al usuario final a través de toda la cadena de transferencia, es elevada. Muchos proveedores de contenidos ya ofrecen sus programas o películas en la red. De esta manera, los usuarios pueden disponer de este contenido sin tener que estar atados a un horario, además de poder elegir entre una gran variedad de contenido de todo el mundo sin tener que preocuparse de instalar ninguna antena. Este hecho, junto con la flexibilidad e interactividad que ofrece Internet ha propiciado que tanto usuarios como proveedores se decanten por este método. Como consecuencia de este hecho, hoy en día la mayor parte del tráfico de datos en la red, un 65% aproximadamente, sea debido a la visualización de contenido multimedia. Por este motivo, y con el fin de apaciguar el aumento de demanda energética en la red y evitar una eventual apagón sistemático, en esta tesis lo que se propone es un estudio de las diferentes arquitecturas que hay para distribuir este contenido multimedia (relacionadas tanto en el almacenamiento como en el transporte a través de la red). Se analiza cuál es su eficiencia energética, qué estrategias se pueden aplicar para ahorrar energía y consecuentemente, ahorrar tanto dinero como emisiones de dióxido de carbono. Una vez analizadas las diferentes arquitecturas principales, así como también su topología, se analizan también otros métodos que no se enmarcan dentro de una arquitectura concreta, y pueden ser utilizados prácticamente en cualquier arquitectura. Estos métodos relacionan cuatro aspectos básicos en la cadena de distribución de contenidos: el almacenamiento, como se codifica la información para enviar la misma información utilizando menos energía, la red de transporte y finalmente, cómo hacer más eficientes los dispositivos que los usuarios utilizan para conectar su televisión a la red y visualizar estos contenidos. Finalmente, se analiza el caso particular de una población y se estudia en detalle qué posibles soluciones se pueden aplicar para reducir el consumo energético de la red, sin empeorar la calidad de imagen.

[CATALÀ] Internet s'ha convertit avui dia en una eina indispensable en les nostres vides. El seu ús s'ha transformat en un fet tan important que la infraestructura desplegada d'aquesta xarxa avui en dia requereix molta energia per fer-la funcionar. Depenent de per a què visitem quan naveguem per Internet, es requereix una certa quantitat d'energia o una altra. Així doncs, per a accions que només involucren text, com ara enviar un correu electrònic o llegir un bloc sense imatges l'energia emprada per fer arribar aquests bits de dades és minsa degut a la relativa poca informació que s'envia a través de la xarxa. No obstant això, quan veiem imatges o vídeos (que són imatges en moviment juntament amb so inclòs), aquesta transferència de bits augmenta molt i per tant, l'energia emprada per fer-la arribar a l'usuari final a través de tota la cadena de transferència, és elevada. Molts proveïdors de continguts ja ofereixen els seus programes o pel·lícules a la xarxa. D'aquesta manera, els usuaris poden disposar d'aquest contingut sense haver d'estar lligats a un horari, a més de poder triar entre gran varietat de contingut d'arreu del món, sense haver de preocupar-se d'instal·lar cap antena. Aquest fet, juntament amb la flexibilitat i interactivitat que ofereix Internet ha afavorit que tant usuaris com proveïdors es decantin per aquest mètode. Com a conseqüència d'aquest fet, avui dia la major part del tràfic de dades a la xarxa, un 65% aproximadament, sigui degut a la visualització de contingut multimèdia. Per aquest motiu, i amb la finalitat d'apaivagar la puixança de demanda energètica a la xarxa i evitar una eventual apagada sistemàtica, en aquesta tesi el que es proposa és un estudi de les diferents arquitectures que hi ha per tal de distribuir aquest contingut multimèdia (relacionades tant en l'emmagatzemament com en el transport a través de la xarxa). S'analitza quina és la seva eficiència energètica, quines estratègies es poden aplicar per estalviar energia i conseqüentment, estalviar tants diners com emissions de diòxid de carboni. Un cop analitzades les diferents arquitectures principals, així com també la seva topologia, s'analitzen també altres mètodes que no s'emmarquen dins d?una arquitectura concreta, i poden ésser utilitzats pràcticament en qualsevol arquitectura. Aquests mètodes relacionen quatre aspectes bàsics en la cadena de distribució de continguts: L'emmagatzematge, com es codifica la informació per tal d'enviar la mateixa informació emprant menys energia, la xarxa de transport i, finalment, com fer més eficients els dispositius que els usuaris utilitzen per connectar la seva televisió a la xarxa i visualitzar aquests continguts. Finalment, s'analitza el cas particular d'una població i s'estudia de manera detallada quines possibles solucions es poden aplicar per tal de reduir el consum energètic de la xarxa, sense empitjorar la qualitat d'imatge.