A Survey of PCN-Based Admission Control and Flow Termination

Pre-congestion notification (PCN) provides feedback\ud about load conditions in a network to its boundary nodes. The PCN working group of the IETF discusses the use of PCN to implement admission control (AC) and flow termination (FT) for prioritized realtime traffic in a DiffServ domain. Admission control (AC) is a well-known flow control function that blocks admission requests of new flows when they need to be carried over a link whose admitted PCN rate already exceeds an admissible rate. Flow termination (FT) is a new flow control function that terminates some already admitted flows when they are carried over a link whose admitted PCN rate exceeds a supportable rate. The latter condition can occur in spite of AC, e.g., when traffic is rerouted due to network failures.\ud This survey gives an introduction to PCN and is a primer for\ud this new technology. It presents and discusses the multitude of architectural design options in an early stage of the standardization process in a comprehensive and streamlined way before only a subset of them is standardized by the IETF. It brings PCN from the IETF to the research community and serves as historical record

Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity

La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles es normalmente considerada como la única limitación de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van desplegando nuevas y más eficientes interfaces radio, y de que el tráfico de datos y multimedia va en aumento, existe la creciente preocupación de que la infraestructura de transporte (backhaul) de la red celular pueda convertirse en el cuello de botella en algunos escenarios. En este contexto, la tesis se centra en el desarrollo de técnicas de gestión de recursos que consideran de manera conjunta la gestión de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no sólo en la etapa de dimensionamiento, sino que además son incluidos en la problemática de gestión de recursos. Sobre esta base, el primer objetivo de la tesis consiste en evaluar los requerimientos de capacidad en las redes de acceso radio que usan IP como tecnología de transporte, de acuerdo a las recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una solución de transporte basada en IP sobre la capacidad de transporte necesaria para satisfacer los requisitos de calidad de servicio en la red de acceso. La evaluación se realiza en el contexto de la red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterización detallada de la interfaz Iub. El análisis de requerimientos de capacidad se lleva a cabo para dos diferentes escenarios: canales dedicados y canales de alta velocidad. Posteriormente, con el objetivo de aprovechar totalmente los recursos disponibles en el acceso radio y el backhaul, esta tesis propone un marco de gestión conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las métricas de la red de transporte dentro del problema de gestión de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de gestión de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluación del problema de asignación de base, como estrategia para distribuir el tráfico entre las estaciones base en función de los niveles de carga tanto en la interfaz radio como en el backhaul. Este problema se analiza inicialmente considerando una red de acceso radio genérica, mediante la definición de un modelo analítico basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede alcanzar la estrategia de asignación de base propuesta. Posteriormente, el análisis de la estrategia propuesta se extiende considerando tecnologías específicas de acceso radio. En particular, en el contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignación de base basado en simulatedannealing cuyo objetivo es maximizar una función de utilidad que refleja el grado de satisfacción de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el diseño y evaluación de un algoritmo de asignación de base para los futuros sistemas de banda ancha basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignación de base se modela como un problema de optimización mediante el uso de un marco de funciones de utilidad y funciones de coste de recursos. El problema planteado, que considera que existen restricciones de recursos tanto en la interfaz radio como en el backhaul, es mapeado a un problema de optimización conocido como Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un algoritmo de asignación de base heurístico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de asignación basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de los multiplicadores de Lagrange y está diseñado para aprovechar de manera simultánea el balanceo de carga en la intefaz radio y el backhaul.Postprint (published version

A service-oriented Grid environment with on-demand QoS support

Grid Computing entstand aus der Vision für eine neuartige Recheninfrastruktur, welche darauf abzielt, Rechenkapazität so einfach wie Elektrizität im Stromnetz (power grid) verfügbar zu machen. Der entsprechende Zugriff auf global verteilte Rechenressourcen versetzt Forscher rund um den Globus in die Lage, neuartige Herausforderungen aus Wissenschaft und Technik in beispiellosem Ausmaß in Angriff zu nehmen. Die rasanten Entwicklungen im Grid Computing begünstigten auch Standardisierungsprozesse in Richtung Harmonisierung durch Service-orientierte Architekturen und die Anwendung kommerzieller Web Services Technologien. In diesem Kontext ist auch die Sicherung von Qualität bzw. entsprechende Vereinbarungen über die Qualität eines Services (QoS) wichtig, da diese vor allem für komplexe Anwendungen aus sensitiven Bereichen, wie der Medizin, unumgänglich sind. Diese Dissertation versucht zur Entwicklung im Grid Computing beizutragen, indem eine Grid Umgebung mit Unterstützung für QoS vorgestellt wird. Die vorgeschlagene Grid Umgebung beinhaltet eine sichere Service-orientierte Infrastruktur, welche auf Web Services Technologien basiert, sowie bedarfsorientiert und automatisiert HPC Anwendungen als Grid Services bereitstellen kann. Die Grid Umgebung zielt auf eine kommerzielle Nutzung ab und unterstützt ein durch den Benutzer initiiertes, fallweises und dynamisches Verhandeln von Serviceverträgen (SLAs). Das Design der QoS Unterstützung ist generisch, jedoch berücksichtigt die Implementierung besonders die Anforderungen von rechenintensiven und zeitkritischen parallelen Anwendungen, bzw. Garantien f¨ur deren Ausführungszeit und Preis. Daher ist die QoS Unterstützung auf Reservierung, anwendungsspezifische Abschätzung und Preisfestsetzung von Ressourcen angewiesen. Eine entsprechende Evaluation demonstriert die Möglichkeiten und das rationale Verhalten der QoS Infrastruktur. Die Grid Infrastruktur und insbesondere die QoS Unterstützung wurde in Forschungs- und Entwicklungsprojekten der EU eingesetzt, welche verschiedene Anwendungen aus dem medizinischen und bio-medizinischen Bereich als Services zur Verfügung stellen. Die EU Projekte GEMSS und Aneurist befassen sich mit fortschrittlichen HPC Anwendungen und global verteilten Daten aus dem Gesundheitsbereich, welche durch Virtualisierungstechniken als Services angeboten werden. Die Benutzung von Gridtechnologie als Basistechnologie im Gesundheitswesen ermöglicht Forschern und Ärzten die Nutzung von Grid Services in deren Arbeitsumfeld, welche letzten Endes zu einer Verbesserung der medizinischen Versorgung führt.Grid computing emerged as a vision for a new computing infrastructure that aims to make computing resources available as easily as electric power through the power grid. Enabling seamless access to globally distributed IT resources allows dispersed users to tackle large-scale problems in science and engineering in unprecedented ways. The rapid development of Grid computing also encouraged standardization, which led to the adoption of a service-oriented paradigm and an increasing use of commercial Web services technologies. Along these lines, service-level agreements and Quality of Service are essential characteristics of the Grid and specifically mandatory for Grid-enabling complex applications from certain domains such as the health sector. This PhD thesis aims to contribute to the development of Grid technologies by proposing a Grid environment with support for Quality of Service. The proposed environment comprises a secure service-oriented Grid infrastructure based on standard Web services technologies which enables the on-demand provision of native HPC applications as Grid services in an automated way and subject to user-defined QoS constraints. The Grid environment adopts a business-oriented approach and supports a client-driven dynamic negotiation of service-level agreements on a case-by-case basis. Although the design of the QoS support is generic, the implementation emphasizes the specific requirements of compute-intensive and time-critical parallel applications, which necessitate on-demand QoS guarantees such as execution time limits and price constraints. Therefore, the QoS infrastructure relies on advance resource reservation, application-specific resource capacity estimation, and resource pricing. An experimental evaluation demonstrates the capabilities and rational behavior of the QoS infrastructure. The presented Grid infrastructure and in particular the QoS support has been successfully applied and demonstrated in EU projects for various applications from the medical and bio-medical domains. The EU projects GEMSS and Aneurist are concerned with advanced e-health applications and globally distributed data sources, which are virtualized by Grid services. Using Grid technology as enabling technology in the health domain allows medical practitioners and researchers to utilize Grid services in their clinical environment which ultimately results in improved healthcare

Quality aspects of Internet telephony

Internet telephony has had a tremendous impact on how people communicate. Many now maintain contact using some form of Internet telephony. Therefore the motivation for this work has been to address the quality aspects of real-world Internet telephony for both fixed and wireless telecommunication. The focus has been on the quality aspects of voice communication, since poor quality leads often to user dissatisfaction. The scope of the work has been broad in order to address the main factors within IP-based voice communication. The first four chapters of this dissertation constitute the background material. The first chapter outlines where Internet telephony is deployed today. It also motivates the topics and techniques used in this research. The second chapter provides the background on Internet telephony including signalling, speech coding and voice Internetworking. The third chapter focuses solely on quality measures for packetised voice systems and finally the fourth chapter is devoted to the history of voice research. The appendix of this dissertation constitutes the research contributions. It includes an examination of the access network, focusing on how calls are multiplexed in wired and wireless systems. Subsequently in the wireless case, we consider how to handover calls from 802.11 networks to the cellular infrastructure. We then consider the Internet backbone where most of our work is devoted to measurements specifically for Internet telephony. The applications of these measurements have been estimating telephony arrival processes, measuring call quality, and quantifying the trend in Internet telephony quality over several years. We also consider the end systems, since they are responsible for reconstructing a voice stream given loss and delay constraints. Finally we estimate voice quality using the ITU proposal PESQ and the packet loss process. The main contribution of this work is a systematic examination of Internet telephony. We describe several methods to enable adaptable solutions for maintaining consistent voice quality. We have also found that relatively small technical changes can lead to substantial user quality improvements. A second contribution of this work is a suite of software tools designed to ascertain voice quality in IP networks. Some of these tools are in use within commercial systems today