Ethernet - a survey on its fields of application

During the last decades, Ethernet progressively became the most widely used local area networking (LAN) technology. Apart from LAN installations, Ethernet became also attractive for many other fields of application, ranging from industry to avionics, telecommunication, and multimedia. The expanded application of this technology is mainly due to its significant assets like reduced cost, backward-compatibility, flexibility, and expandability. However, this new trend raises some problems concerning the services of the protocol and the requirements for each application. Therefore, specific adaptations prove essential to integrate this communication technology in each field of application. Our primary objective is to show how Ethernet has been enhanced to comply with the specific requirements of several application fields, particularly in transport, embedded and multimedia contexts. The paper first describes the common Ethernet LAN technology and highlights its main features. It reviews the most important specific Ethernet versions with respect to each application field’s requirements. Finally, we compare these different fields of application and we particularly focus on the fundamental concepts and the quality of service capabilities of each proposal

DiffServ resource management in IP-based radio access networks

The increasing popularity of the Internet, the flexibility of IP, and the wide deployment of IP technologies, as well as the growth of mobile communications have driven the development of IP-based solutions for wireless networking. The introduction of IP-based transport in Radio Access Networks (RANs) is one of these networking solutions. When compared to traditional IP networks, an IP-based RAN has specific characteristics, due to which, for satisfactory transport functionality, it imposes strict requirements on resource management schemes. In this paper we present the Resource Management in DiffServ (RMD) framework, which extends the DiffServ architecture with new admission control and resource reservation concepts, such that the resource management requirements of an IP-based RAN are met. This framework aims at simplicity, low-cost, and easy implementation, along with good scaling properties. The RMD framework defines two architectural concepts: the Per Hop Reservation (PHR) and the Per Domain Reservation (PDR). As part of the RMD framework a new protocol, the RMD On DemAnd (RODA) Per Hop Reservation (PHR) protocol will be introduced. A key characteristic of the RODA PHR is that it maintains only a single reservation state per PHB in the interior routers of a DiffServ domain, regardless of the number of flows passing through

QoS - Aware content oriented flow routing in optical computer network

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.In this thesis, one of the most important issues in the field of networks communication is tackled and addressed. This issue is represented by QoS, where the increasing demand on highquality applications together with the fast increase in the rates of Internet users have led to massive traffic being transmitted on the Internet. This thesis proposes new ideas to manage the flow of this huge traffic in a manner that contributes in improving the communication QoS. This can be achieved by replacing the conventional application-insensitive routing schemes by others which take into account the type of applications when making the routing decision. As a first contribution, the effect on the potential development in the quality of experience on the loading of Basra optical network has been investigated. Furthermore, the traffic due to each application was dealt with in different ways according to their delay and loss sensitivities. Load rate distributions over the various links due to the different applications were deployed to investigate the places of possible congestions in the network and the dominant applications that cause such congestions. In addition, OpenFlow and Optica Burst Switching (OBS) techniques were used to provide a wider range of network controllability and management. A centralised routing protocol that takes into account the available bandwidth, delay, and security as three important QoS parameters, when forwarding traffics of different types, was proposed and implemented using OMNeT++ networks simulator. As a novel idea, security has been incorporated in our QoS requirements by incorporating Oyster Optics Technology (OOT) to secure some of the optical links aiming to supply the network with some secure paths for those applications that have high privacy requirements. A particular type of traffic is to be routed according to the importance of these three QoS parameters for such a traffic type. The link utilisation, end to end delays and securities due to the different applications were recorded to prove the feasibility of our proposed system. In order to decrease the amount of traffic overhead, the same QoS constraints were implemented on a distributed Ant colony based routing. The traditional Ant routing protocol was improved by adopting the idea of Red-Green-Blue (RGB) pheromones routing to incorporate these QoS constraints. Improvements of 11% load balancing, and 9% security for private data was achieved compared to the conventional Ant routing techniques. In addition, this Ant based routing was utilised to propose an improved solution for the routing and wavelength assignment problem in the WDM optical computer networks

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

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación