Mobile Map Browsers: Anticipated User Interaction for Data Pre-fetching

When browsing a graphical display of geospatial data on mobile devices, users typically change the displayed maps by panning, zooming in and out, or rotating the device. Limited storage space on mobile devices and slow wireless communications, however, impede the performance of these operations. To overcome the bottleneck that all map data to be displayed on the mobile device need to be downloaded on demand, this thesis investigates how anticipated user interactions affect intelligent pre-fetching so that an on-demand download session is extended incrementally. User interaction is defined as a set of map operations that each have corresponding effects on the spatial dataset required to generate the display. By anticipating user interaction based on past behavior and intuition on when waiting for data is acceptable, it is possible to device a set of strategies to better prepare the device with data for future use. Users that engage with interactive map displays for a variety of tasks, whether it be navigation, information browsing, or data collection, experience a dynamic display to accomplish their goal. With vehicular navigation, the display might update itself as a result of a GPS data stream reflecting movement through space. This movement is not random, especially as is the case of moving vehicles and, therefore, this thesis suggests that mobile map data could be pre-fetched in order to improve usability. Pre-fetching memory-demanding spatial data can benefit usability in several ways, but in particular it can (1) reduce latency when downloading data over wireless connections and (2) better prepare a device for situations where wireless internet connectivity is weak or intermittent. This thesis investigates mobile map caching and devises an algorithm for pre-fetching data on behalf of the application user. Two primary models are compared: isotropic (direction-independent) and anisotropic (direction-dependent) pre-fetching. A prefetching simulation is parameterized with many trajectories that vary in complexity (a metric of direction change within the trajectory) and it is shown that, although anisotropic pre-fetching typically results in a better pre-fetching accuracy, it is not ideal for all scenarios. This thesis suggests a combination of models to accommodate the significant variation in moving object trajectories. In addition, other methods for pre-fetching spatial data are proposed for future research

Towards reliable and low-latency vehicular edge computing networks

Abstract. To enable autonomous driving in intelligent transportation systems, vehicular communication is one of the promising approaches to ensure safe, efficient, and comfortable travel. However, to this end, there is a huge amount of application data that needs to be exchanged and processed which makes satisfying the critical requirement in vehicular communication, i.e., low latency and ultra-reliability, challenging. In particular, the processing is executed at the vehicle user equipment (VUE) locally. To alleviate the VUE’s computation capability limitations, mobile edge computing (MEC), which pushes the computational and storage resources from the network core towards the edge, has been incorporated with vehicular communication recently. To ensure low latency and high reliability, jointly allocating resources for communication and computation is a challenging problem in highly dynamics and dense environments such as urban areas. Motivated by these critical issues, we aim to minimize the higher-order statistics of the end-to-end (E2E) delay while jointly allocating the communication and computation resources in a vehicular edge computing scenario. A novel risk-sensitive distributed learning algorithm is proposed with minimum knowledge and no information exchange among VUEs, where each VUE learns the best decision policy to achieve low latency and high reliability. Compared with the average-based approach, simulation results show that our proposed approach has the better network-wide standard deviation of E2E delay and comparable average E2E delay performance

QoE-based mobility-aware collaborative video streaming on the edge of 5G

Today's Internet traffic is dominated by video streaming applications transmitted through wireless/cellular interfaces of mobile devices. Although ultrahigh-definition videos are now easily transmitted through mobile devices, video quality level that users perceive is generally lower than expected due to distance-based high latency between sources and end-users. Mobile edge computing (MEC) paradigm is expected to address this issue and provide users with higher perceived quality of experience (QoE) for latency-critical applications, deploying MEC servers at edges. However, due to capacity concerns on MEC servers, a more comprehensive approach is needed to meet users' expectations applying all possible operations over the resources such as caching, prefetching, and task offloading policies depending on the data repetition or memory/CPU utilization. To address these issues, this article proposes a novel collaborative QoE-based mobility-aware video streaming scheme deployed at MEC servers. Throughout the article, we demonstrate how the proposed scheme can be implemented so as to preserve the desired QoE level per user during entire video sessions. Performance of the proposed scheme has been investigated by extensive simulations. In comparison to existing schemes, the results illustrate that high efficiency is achieved through collaboration among MEC servers, utilizing explicit window size adaptation, collaborative prefetching, and handover among the edges

A network mobility management architecture for a heteregeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe