Smart PIN: performance and cost-oriented context-aware personal information network

The next generation of networks will involve interconnection of heterogeneous individual networks such as WPAN, WLAN, WMAN and Cellular network, adopting the IP as common infrastructural protocol and providing virtually always-connected network. Furthermore, there are many devices which enable easy acquisition and storage of information as pictures, movies, emails, etc. Therefore, the information overload and divergent content’s characteristics make it difficult for users to handle their data in manual way. Consequently, there is a need for personalised automatic services which would enable data exchange across heterogeneous network and devices. To support these personalised services, user centric approaches for data delivery across the heterogeneous network are also required. In this context, this thesis proposes Smart PIN - a novel performance and cost-oriented context-aware Personal Information Network. Smart PIN's architecture is detailed including its network, service and management components. Within the service component, two novel schemes for efficient delivery of context and content data are proposed: Multimedia Data Replication Scheme (MDRS) and Quality-oriented Algorithm for Multiple-source Multimedia Delivery (QAMMD). MDRS supports efficient data accessibility among distributed devices using data replication which is based on a utility function and a minimum data set. QAMMD employs a buffer underflow avoidance scheme for streaming, which achieves high multimedia quality without content adaptation to network conditions. Simulation models for MDRS and QAMMD were built which are based on various heterogeneous network scenarios. Additionally a multiple-source streaming based on QAMMS was implemented as a prototype and tested in an emulated network environment. Comparative tests show that MDRS and QAMMD perform significantly better than other approaches

Soluções de broadcast para redes 4G

Mestrado em Engenharia Electrónica e de TelecomunicaçõesA primeira difusão de conteúdos video e audio teve um forte impacto no quotidiano da população que assistiu a uma revolução nos modelos de transmissão de informação e de entretenimento. A evolução desde então foi significativa, e já na era digital, encontramo-nos face a uma nova sub-elevação da metodologia e do conceito subjacentes à transmissão de conteudos multimédia. O mundo actual apresenta, contudo, diferentes requisitos, de entre os quais se destacam a procura pela alta definição e mobilidade. A mobilidade tem sido um particular foco de atenção por parte dos operadores que exploram agora modelos para entregar uma vasta gama de serviços que sejam atractivos para os utilizadores. Esta dissertação apresenta um sumário das tecnologias emergentes de broadcast que se distinguem nas várias partes do mundo com a sua particular incidência geográfica, características e cenários de aplicação. É ainda apresentada uma arquitectura 4G abordando assuntos inerentes à mobilidade e qualidade de serviço com particular incidência nos aspectos relacionados com a integração de uma tecnologia de broadcast particular. Para avaliação da arquitectura proposta foram efectuados estudos com base num equipamento de broadcast na sua versão comercial, permitindo desta forma obter uma análise que ilustra o que os operadores podem esperar do estado actual dos dispositivos. Os resultados permitiram retirar ilações sobre o comportamento de um equipamento considerado como um produto final a disponibilizar aos operadores, quando integrado num ambiente 4G com suporte de mobilidade e QoS. Nomeadamente é discutida a sua aplicabildiade tendo em linha de conta as desvantagens introduzidas pelas características inerentes à própria tecnologia.Broadcast of video and audio through analogical television completely changed the paradigm of information and entertainment divulgation. Today, in the “digital era”, the Analogue Switch Off revolution is being held. Manufacturers and operators already show concerns regarding the support of mobility, quality of experience and of service. Delivering competitive High Definition contents and providing solutions for the average “on-the-move” user are two of the most important issues to be dealt by the service providers, which are also within the analysis scope of this work. This dissertation presents an overview on the most relevant broadcast technologies which are assumed to be of relative acceptance in their respective target market. It presents their main characteristics and applicability. 4G architectural concepts are also analyzed, closely dealing with mobility and quality of service provisioning, with particular focus on the seamless integration of broadcast technologies. As a mean to evaluate the feasibility of integrating broadcast technologies with 4G architectures, a performance evaluation study was performed using commercial equipment. In this way a several set of considerations constructed illustrating the features and functionalities which operators can expect or disregard from professional commercial broadcasting devices. Results allow the withdrawing of conclusions concerning the integration of a final broadcasting solution when incorporated within a 4G environment with QoS and mobility support. Its applicability is evaluated having in mind the performance drawbacks introduced by the specific technology, and generalized towards the gathering of more general conclusions which consider the main characteristics of the commercial broadcasting devices

Future Trends and Challenges for Mobile and Convergent Networks

Some traffic characteristics like real-time, location-based, and community-inspired, as well as the exponential increase on the data traffic in mobile networks, are challenging the academia and standardization communities to manage these networks in completely novel and intelligent ways, otherwise, current network infrastructures can not offer a connection service with an acceptable quality for both emergent traffic demand and application requisites. In this way, a very relevant research problem that needs to be addressed is how a heterogeneous wireless access infrastructure should be controlled to offer a network access with a proper level of quality for diverse flows ending at multi-mode devices in mobile scenarios. The current chapter reviews recent research and standardization work developed under the most used wireless access technologies and mobile access proposals. It comprehensively outlines the impact on the deployment of those technologies in future networking environments, not only on the network performance but also in how the most important requirements of several relevant players, such as, content providers, network operators, and users/terminals can be addressed. Finally, the chapter concludes referring the most notable aspects in how the environment of future networks are expected to evolve like technology convergence, service convergence, terminal convergence, market convergence, environmental awareness, energy-efficiency, self-organized and intelligent infrastructure, as well as the most important functional requisites to be addressed through that infrastructure such as flow mobility, data offloading, load balancing and vertical multihoming.Comment: In book 4G & Beyond: The Convergence of Networks, Devices and Services, Nova Science Publishers, 201

Optimização de recursos para difusão em redes de próxima geração

Doutoramento em ElectrotecniaEsta tese aborda o problema de optimização de recursos de rede, na entrega de Serviços de Comunicação em Grupo, em Redes de Próxima Geração que suportem tecnologias de difusão. De acordo com esta problemática, são feitas propostas que levam em atenção a evolução espectável das redes 3G em Redes Heterogéneas de Próxima Geração que incluam tecnologias de difusão tais como o DVB. A optimização de recursos em Comunicações em Grupo é apresentada como um desafio vertical que deve cruzar diversas camadas. As optimizações aqui propostas cobrem tanto a interface entre Aplicação e a Plataforma de Serviços para a disponibilização de serviços de comunicação em grupo, como as abstracções e mapeamentos feitos na interface entre a Rede Central e a Rede de Acesso Rádio. As optimizações propostas nesta tese, assumem que o caminho evolutivo na direcção de uma Rede de Próxima Geração é feito através do IP. Em primeiro lugar são endereçadas as optimizações entre a Aplicação e a Plataforma de Serviços que já podem ser integradas nas redes 3G existentes. Estas optimizações podem potenciar o desenvolvimento de novas e inovadoras aplicações, que através do uso de mecanismos de distribuição em difusão podem fazer um uso mais eficiente dos recursos de rede. De seguida são apresentadas optimizações ao nível da interface entre a Rede Central e a Rede de Acesso Rádio que abordam a heterogeneidade das redes futuras assim como a necessidade de suportar tecnologias de difusão. É ainda considerada a possibilidade de aumentar a qualidade de serviço de serviços de difusão através do mapeamento do IP multicast em portadoras unidireccionais. Por forma a validar todas estas optimizações, vários protótipos foram desenvolvidos com base num router avançado para redes de acesso de próxima geração. As funcionalidades e arquitectura de software desse router são também aqui apresentadas.This thesis addresses the problem of optimizing network resource usage, for the delivery of Group Services, in Next Generation Networks featuring broadcast technologies. In this scope, proposals are made according to the expected evolution of 3G networks into Next Generation Heterogeneous Networks that include broadcast technologies such as DVB. Group Communication resource optimization is considered a vertical challenge that must cross several layers. The optimizations here proposed cover both Application to Service Platform interfaces for group communication services, and Core Network to Radio Access Network interface abstractions and mappings. The proposed optimizations are also presented taking into consideration network evolution path towards an All-IP based Next Generation Network. First it is addressed the Application to Service Platform optimization, which can already be deployed over 3G networks. This optimization could potentiate the development of new and innovative applications that through the use of broadcast/multicast service delivery mechanisms could be more efficient network wise. Next proposals are made on the Core Network to Radio Access Network interfaces that address the heterogeneity of future networks and consider the need to support broadcast networks. It is also considered the possibility to increase the Quality of Service of broadcast/multicast services based on the dynamic mapping of IP multicast into unicast radio bearers. In order to validate these optimizations, several prototypes were built based on an advanced access router for next generation networks. Such access router functionalities and software architecture are also presented here

Esquema de controlo para redes multicast baseadas com classes

Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaThe expectations of citizens from the Information Technologies (ITs) are increasing as the ITs have become integral part of our society, serving all kinds of activities whether professional, leisure, safety-critical applications or business. Hence, the limitations of the traditional network designs to provide innovative and enhanced services and applications motivated a consensus to integrate all services over packet switching infrastructures, using the Internet Protocol, so as to leverage flexible control and economical benefits in the Next Generation Networks (NGNs). However, the Internet is not capable of treating services differently while each service has its own requirements (e.g., Quality of Service - QoS). Therefore, the need for more evolved forms of communications has driven to radical changes of architectural and layering designs which demand appropriate solutions for service admission and network resources control. This Thesis addresses QoS and network control issues, aiming to improve overall control performance in current and future networks which classify services into classes. The Thesis is divided into three parts. In the first part, we propose two resource over-reservation algorithms, a Class-based bandwidth Over-Reservation (COR) and an Enhanced COR (ECOR). The over-reservation means reserving more bandwidth than a Class of Service (CoS) needs, so the QoS reservation signalling rate is reduced. COR and ECOR allow for dynamically defining over-reservation parameters for CoSs based on network interfaces resource conditions; they aim to reduce QoS signalling and related overhead without incurring CoS starvation or waste of bandwidth. ECOR differs from COR by allowing for optimizing control overhead minimization. Further, we propose a centralized control mechanism called Advanced Centralization Architecture (ACA), that uses a single state-full Control Decision Point (CDP) which maintains a good view of its underlying network topology and the related links resource statistics on real-time basis to control the overall network. It is very important to mention that, in this Thesis, we use multicast trees as the basis for session transport, not only for group communication purposes, but mainly to pin packets of a session mapped to a tree to follow the desired tree. Our simulation results prove a drastic reduction of QoS control signalling and the related overhead without QoS violation or waste of resources. Besides, we provide a generic-purpose analytical model to assess the impact of various parameters (e.g., link capacity, session dynamics, etc.) that generally challenge resource overprovisioning control. In the second part of this Thesis, we propose a decentralization control mechanism called Advanced Class-based resource OverpRovisioning (ACOR), that aims to achieve better scalability than the ACA approach. ACOR enables multiple CDPs, distributed at network edge, to cooperate and exchange appropriate control data (e.g., trees and bandwidth usage information) such that each CDP is able to maintain a good knowledge of the network topology and the related links resource statistics on real-time basis. From scalability perspective, ACOR cooperation is selective, meaning that control information is exchanged dynamically among only the CDPs which are concerned (correlated). Moreover, the synchronization is carried out through our proposed concept of Virtual Over-Provisioned Resource (VOPR), which is a share of over-reservations of each interface to each tree that uses the interface. Thus, each CDP can process several session requests over a tree without requiring synchronization between the correlated CDPs as long as the VOPR of the tree is not exhausted. Analytical and simulation results demonstrate that aggregate over-reservation control in decentralized scenarios keep low signalling without QoS violations or waste of resources. We also introduced a control signalling protocol called ACOR Protocol (ACOR-P) to support the centralization and decentralization designs in this Thesis. Further, we propose an Extended ACOR (E-ACOR) which aggregates the VOPR of all trees that originate at the same CDP, and more session requests can be processed without synchronization when compared with ACOR. In addition, E-ACOR introduces a mechanism to efficiently track network congestion information to prevent unnecessary synchronization during congestion time when VOPRs would exhaust upon every session request. The performance evaluation through analytical and simulation results proves the superiority of E-ACOR in minimizing overall control signalling overhead while keeping all advantages of ACOR, that is, without incurring QoS violations or waste of resources. The last part of this Thesis includes the Survivable ACOR (SACOR) proposal to support stable operations of the QoS and network control mechanisms in case of failures and recoveries (e.g., of links and nodes). The performance results show flexible survivability characterized by fast convergence time and differentiation of traffic re-routing under efficient resource utilization i.e. without wasting bandwidth. In summary, the QoS and architectural control mechanisms proposed in this Thesis provide efficient and scalable support for network control key sub-systems (e.g., QoS and resource control, traffic engineering, multicasting, etc.), and thus allow for optimizing network overall control performance.À medida que as Tecnologias de Informação (TIs) se tornaram parte integrante da nossa sociedade, a expectativa dos cidadãos relativamente ao uso desses serviços também demonstrou um aumento, seja no âmbito das atividades profissionais, de lazer, aplicações de segurança crítica ou negócios. Portanto, as limitações dos projetos de rede tradicionais quanto ao fornecimento de serviços inovadores e aplicações avançadas motivaram um consenso quanto à integração de todos os serviços e infra-estruturas de comutação de pacotes, utilizando o IP, de modo a extrair benefícios económicos e um controlo mais flexível nas Redes de Nova Geração (RNG). Entretanto, tendo em vista que a Internet não apresenta capacidade de diferenciação de serviços, e sabendo que cada serviço apresenta as suas necessidades próprias, como por exemplo, a Qualidade de Serviço - QoS, a necessidade de formas mais evoluídas de comunicação tem-se tornado cada vez mais visível, levando a mudanças radicais na arquitectura das redes, que exigem soluções adequadas para a admissão de serviços e controlo de recursos de rede. Sendo assim, este trabalho aborda questões de controlo de QoS e rede com o objetivo de melhorar o desempenho do controlo de recursos total em redes atuais e futuras, através da análise dos serviços de acordo com as suas classes de serviço. Esta Tese encontra-se dividida em três partes. Na primeira parte são propostos dois algoritmos de sobre-reserva, o Class-based bandwidth Over-Reservation (COR) e uma extensão melhorada do COR denominado de Enhanced COR (ECOR). A sobre-reserva significa a reserva de uma largura de banda maior para o serviço em questão do que uma classe de serviço (CoS) necessita e, portanto, a quantidade de sinalização para reserva de recursos é reduzida. COR e ECOR consideram uma definição dinâmica de sobre-reserva de parâmetros para CoSs com base nas condições da rede, com vista à redução da sobrecarga de sinalização em QoS sem que ocorra desperdício de largura de banda. O ECOR, por sua vez, difere do COR por permitir a otimização com minimização de controlo de overhead. Além disso, nesta Tese é proposto também um mecanismo de controlo centralizado chamado Advanced Centralization Architecture (ACA) , usando um único Ponto de Controlo de Decisão (CDP) que mantém uma visão ampla da topologia de rede e de análise dos recursos ocupados em tempo real como base de controlo para a rede global. Nesta Tese são utilizadas árvores multicast como base para o transporte de sessão, não só para fins de comunicação em grupo, mas principalmente para que os pacotes que pertençam a uma sessão que é mapeada numa determinada árvore sigam o seu caminho. Os resultados obtidos nas simulações dos mecanismos mostram uma redução significativa da sobrecarga da sinalização de controlo, sem a violação dos requisitos de QoS ou desperdício de recursos. Além disso, foi proposto um modelo analítico no sentido de avaliar o impacto provocado por diversos parâmetros (como por exemplo, a capacidade da ligação, a dinâmica das sessões, etc), no sobre-provisionamento dos recursos. Na segunda parte desta tese propôe-se um mecanismo para controlo descentralizado de recursos denominado de Advanced Class-based resource OverprRovisioning (ACOR), que permite obter uma melhor escalabilidade do que o obtido pelo ACA. O ACOR permite que os pontos de decisão e controlo da rede, os CDPs, sejam distribuídos na periferia da rede, cooperem entre si, através da troca de dados e controlo adequados (por exemplo, localização das árvores e informações sobre o uso da largura de banda), de tal forma que cada CDP seja capaz de manter um bom conhecimento da topologia da rede, bem como das suas ligações. Do ponto de vista de escalabilidade, a cooperação do ACOR é seletiva, o que significa que as informações de controlo são trocadas de forma dinâmica apenas entre os CDPs analisados. Além disso, a sincronização é feita através do conceito proposto de Recursos Virtuais Sobre-Provisionado (VOPR), que partilha as reservas de cada interface para cada árvore que usa a interface. Assim, cada CDP pode processar pedidos de sessão numa ou mais árvores, sem a necessidade de sincronização entre os CDPs correlacionados, enquanto o VOPR da árvore não estiver esgotado. Os resultados analíticos e de simulação demonstram que o controlo de sobre-reserva é agregado em cenários descentralizados, mantendo a sinalização de QoS baixa sem perda de largura de banda. Também é desenvolvido um protocolo de controlo de sinalização chamado ACOR Protocol (ACOR-P) para suportar as arquitecturas de centralização e descentralização deste trabalho. O ACOR Estendido (E-ACOR) agrega a VOPR de todas as árvores que se originam no mesmo CDP, e mais pedidos de sessão podem ser processados sem a necessidade de sincronização quando comparado com ACOR. Além disso, E-ACOR introduz um mecanismo para controlar as informações àcerca do congestionamento da rede, e impede a sincronização desnecessária durante o tempo de congestionamento quando os VOPRs esgotam consoante cada pedido de sessão. A avaliação de desempenho, através de resultados analíticos e de simulação, mostra a superioridade do E-ACOR em minimizar o controlo geral da carga da sinalização, mantendo todas as vantagens do ACOR, sem apresentar violações de QoS ou desperdício de recursos. A última parte desta Tese inclui a proposta para recuperação a falhas, o Survivability ACOR (SACOR), o qual permite ter QoS estável em caso de falhas de ligações e nós. Os resultados de desempenho analisados mostram uma capacidade flexível de sobrevivência caracterizada por um tempo de convergência rápido e diferenciação de tráfego com uma utilização eficiente dos recursos. Em resumo, os mecanismos de controlo de recursos propostos nesta Tese fornecem um suporte eficiente e escalável para controlo da rede, como também para os seus principais sub-sistemas (por exemplo, QoS, controlo de recursos, engenharia de tráfego, multicast, etc) e, assim, permitir a otimização do desempenho da rede a nível do controlo global

Serviços multimédia multicast de próxima geração

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesUma das mais recentes conquistas na evolução móvel foi o 3G, permitindo o acesso a serviços multimédia com qualidade de serviço assegurada. No entanto, a tecnologia UMTS, tal como definida na sua Release ’99, é apenas capaz de transmitir em modo unicast, sendo manifestamente ineficiente para comunicações multimédia almejando grupos de utilizadores. A tecnologia IMS surge na Release 5 do 3GPP que começou a responder já a algumas necessidades, permitindo comunicações sobre IP oferecendo serviços Internet a qualquer momento e em qualquer lugar sobre tecnologias de comunicação móveis fornecendo pela primeira vez sessões multimédia satisfatórias. A Release 6 por sua vez trouxe a tecnologia MBMS que permite transmissões em broadcast e multicast para redes móveis. O MBMS fornece os serviços de aplicações multimédia que todos estavam à espera, tanto para os utilizadores como para os prestadores de serviços. O operador pode agora fazer uso da tecnologia existente aumentando todo o tipo de benefícios no serviço prestado ao cliente. Com a possível integração destas duas tecnologias passa a ser possível desenvolver serviços assentes em redes convergentes em que os conteúdos são entregues usando tecnologias unicast, multicast ou broadcast. Neste contexto, o principal motivo deste trabalho consiste essencialmente em fazer uso dos recursos da rede terminando com o desperdício dos mesmos e aumentando a eficiência dos serviços através da integração das tecnologias IMS e MBMS. O trabalho realizado começa com o estudo do estado da arte das telecomunicações móveis com referência às tecnologias referidas, seguindo-se a apresentação da possível integração IMS-MBMS e terminando com o projecto de uma plataforma de demonstração que no futuro possa ser uma implementação de serviço multimédia multicast. O objectivo principal é mostrar os benefícios de um serviço que era normalmente executado em unicast relativamente ao modo multicast, fazendo uso da nova convergência de tecnologias IMS e MBMS. Na conclusão do trabalho são referidas as vantagens do uso de portadoras multicast e broadcast, tendo como perspectiva de que este trabalho possa ser um ponto de partida para um novo conjunto de serviços poupando recursos de rede e permitindo uma eficiência considerável em serviços inovadores.3G is bang up to date in the mobile phone industry. It allows access to multimedia services and gives a guarantee of quality of service. The UMTS technology, defined in 3GPP Release ’99, provides an unicast transmission, but it is completely inefficient when it comes to multimedia group communications. The IMS technology first appeared in Release 5 that has already started to consider the interests of the clients. It provides communications over IP, offering Internet services anytime, anywhere on mobile communication technologies. Also, it offers for the first time satisfactory multimedia sessions. On the other hand, Release 6 gave rise to the MBMS technology that provides broadcast and multicast transmissions for mobile networks. The MBMS provides multimedia applications services that everyone was waiting, including users and service providers. Now the operator makes use of existing technology in order to provide better costumer services. The possible integration of these two technologies will contribute to develop services based on converged networks in which contents are delivered through the unicast, multicast or broadcast technologies. Therefore, the objective of this work is basically to make use of network resources avoiding wastes and improving customer services through the integration of the IMS and the MBMS technologies. The executed work starts with the mobile telecommunications state of the art with reference to the referred technologies, followed by the IMS-MBMS convergence presentation and finishing with the proposal for implementation of a service platform that can be used for a multimedia multicast service. The main point is to show the benefits of a service that has been normally executed in unicast mode over the multicast mode, making use of the new IMS and MBMS technologies integration. To closure the work it is referred the advantages to use multicast and broadcast bearers, with the perspective that this work could be a starting point to a new set of services, saving network resources and allowing for innovate services a considerable efficency

A new QoS Routing Architecture in NGI

After a thorough understanding of the relevant research knowledge and the key theory of NGN, I describe the research objectives and the recent development of the QoS routing in this thesis. QoS routing is regarded as the key part in the problem of the next generation of integrated-service network. A new routing algorithm is put forward in this thesis, which is better than OSPF in some aspects. As for the experiment, NS2 is chosen as the simulation environment, and some other experimental results are also included to manifest its strongpoint. The development and requirement of NGN is described in Chapter One; The definition and types of routing and the basic theories of QoS routing are described in Chapter Two; The development and research method of QoS are focused in Chapter Three. The new routing algorithm and simulation is proposed in Chapter Four

Study, Analysis and Modeling of IP Multimedia systems on next generation networks providing mobile and fixed multimedia services

Not availabl

Convergence and next generation networks

Convergence and next generation networks and their potential impact on policies and regulations is the subject of this report, covering issues of competition in the new fibre environment, convergence of video, voice and data services, the rapid growth of new technologies, such as HDTV and mobile television, and the related demand for spectrum, as well as new possible "divides" between urban and rural areas created by the uneven development of high-speed fibre networks