Support infrastructures for multimedia services with guaranteed continuity and QoS

Advances in wireless networking and content delivery systems are enabling new challenging provisioning scenarios where a growing number of users access multimedia services, e.g., audio/video streaming, while moving among different points of attachment to the Internet, possibly with different connectivity technologies, e.g., Wi-Fi, Bluetooth, and cellular 3G. That calls for novel middlewares capable of dynamically personalizing service provisioning to the characteristics of client environments, in particular to discontinuities in wireless resource availability due to handoffs. This dissertation proposes a novel middleware solution, called MUM, that performs effective and context-aware handoff management to transparently avoid service interruptions during both horizontal and vertical handoffs. To achieve the goal, MUM exploits the full visibility of wireless connections available in client localities and their handoff implementations (handoff awareness), of service quality requirements and handoff-related quality degradations (QoS awareness), and of network topology and resources available in current/future localities (location awareness). The design and implementation of the all main MUM components along with extensive on the field trials of the realized middleware architecture confirmed the validity of the proposed full context-aware handoff management approach. In particular, the reported experimental results demonstrate that MUM can effectively maintain service continuity for a wide range of different multimedia services by exploiting handoff prediction mechanisms, adaptive buffering and pre-fetching techniques, and proactive re-addressing/re-binding

Edge Computing for Extreme Reliability and Scalability

The massive number of Internet of Things (IoT) devices and their continuous data collection will lead to a rapid increase in the scale of collected data. Processing all these collected data at the central cloud server is inefficient, and even is unfeasible or unnecessary. Hence, the task of processing the data is pushed to the network edges introducing the concept of Edge Computing. Processing the information closer to the source of data (e.g., on gateways and on edge micro-servers) not only reduces the huge workload of central cloud, also decreases the latency for real-time applications by avoiding the unreliable and unpredictable network latency to communicate with the central cloud

Comparison of vertical handover decision-based techniques in heterogeneous networks

Industry leaders are currently setting out standards for 5G Networks projected for 2020 or even sooner. Future generation networks will be heterogeneous in nature because no single network type is capable of optimally meeting all the rapid changes in customer demands. Heterogeneous networks are typically characterized by some network architecture, base stations of varying transmission power, transmission solutions and the deployment of a mix of technologies (multiple radio access technologies). In heterogeneous networks, the processes involved when a mobile node successfully switches from one radio access technology to the other for the purpose of quality of service continuity is termed vertical handover or vertical handoff. Active calls that get dropped, or cases where there is discontinuity of service experienced by mobile users can be attributed to the phenomenon of delayed handover or an outright case of an unsuccessful handover procedure. This dissertation analyses the performance of a fuzzy-based VHO algorithm scheme in a Wi-Fi, WiMAX, UMTS and LTE integrated network using the OMNeT++ discrete event simulator. The loose coupling type network architecture is adopted and results of the simulation are analysed and compared for the two major categories of handover basis; multiple and single criteria based handover methods. The key performance indices from the simulations showed better overall throughput, better call dropped rate and shorter handover time duration for the multiple criteria based decision method compared to the single criteria based technique. This work also touches on current trends, challenges in area of seamless handover and initiatives for future Networks (Next Generation Heterogeneous Networks)

Connectivity Management for HetNets based on the Principles of Autonomicity and Context-Awareness

Στο περιβάλλον του Διαδικτύου του Μέλλοντος, η Πέμπτη γενιά (5G) δικτύων έχει ήδη αρχίσει να καθιερώνεται. Τα δίκτυα 5G αξιοποιούν υψηλότερες συχνότητες παρέχοντας μεγαλύτερο εύρος ζώνης, ενώ υποστηρίζουν εξαιρετικά μεγάλη πυκνότητα σε σταθμούς βάσης και κινητές συσκευές, σχηματίζοντας ένα περιβάλλον ετερογενών δικτύων, το οποίο στοχεύει στο να καλυφθούν οι απαιτήσεις της απόδοσης ως προς την μικρότερη δυνατή συνολική χρονοκαθυστέρηση και κατανάλωση ενέργειας. Η αποδοτική διαχείριση της συνδεσιμότητας σε ένα τόσο ετερογενές δικτυακό περιβάλλον αποτελεί ανοιχτό πρόβλημα, με σκοπό να υποστηρίζεται η κινητικότητα των χρηστών σε δίκτυα διαφορετικών τεχνολογιών και βαθμίδων, αντιμετωπίζοντας θέματα πολυπλοκότητας και διαλειτουργικότητας, υποστηρίζοντας τις απαιτήσεις των τρεχουσών εφαρμογών και των προτιμήσεων των χρηστών και διαχειρίζοντας ταυτόχρονα πολλαπλές δικτυακές διεπαφές. Η συλλογή, η μοντελοποίηση, η διεξαγωγή συμπερασμάτων και η κατανομή πληροφορίας περιεχομένου σε σχέση με δεδομένα αισθητήρων θα παίξουν κρίσιμο ρόλο σε αυτήν την πρόκληση. Με βάση τα παραπάνω, κρίνεται σκόπιμη η αξιοποίηση των αρχών της επίγνωσης περιεχομένου και της αυτονομικότητας, καθώς επιτρέπουν στις δικτυακές οντότητες να είναι ενήμερες του εαυτού τους και του περιβάλλοντός τους, καθώς και να αυτοδιαχειρίζονται τις λειτουργίες τους ώστε να πετυχαίνουν συγκεκριμένους στόχους. Επιπλέον, χρειάζεται ακριβής ποσοτική αξιολόγηση της απόδοσης λύσεων διαχείρισης της συνδεσιμότητας για ετερογενή δίκτυα, οι οποίες παρουσιάζουν διαφορετικές στρατηγικές επίγνωσης περιβάλλοντος, απαιτώντας μια μεθοδολογία που να είναι περιεκτική και γενικά εφαρμόσιμη ώστε να καλύπτει διαφορετικές προσεγγίσεις, καθώς οι υπάρχουσες μεθοδολογίες στην βιβλιογραφία είναι σχετικά περιορισμένες. Tο σύνολο της μελέτης επικεντρώνεται σε δύο θεματικούς άξονες. Στο πρώτο θεματικό μέρος της διατριβής, αναλύεται ο ρόλος της επίγνωσης περιβάλλοντος και της αυτονομικότητας, σε σχέση με την διαχείριση της συνδεσιμότητας, αναπτύσσοντας ένα πλαίσιο ταξινόμησης και κατηγοριοποίησης, επεκτείνοντας την τρέχουσα βιβλιογραφία. Με βάση το προαναφερθέν πλαίσιο, ταξινομήθηκαν και αξιολογήθηκαν λύσεις για την υποστήριξη της κινητικότητας σε ετερογενή δίκτυα, οι οποίες δύνανται να θεωρηθούν ότι παρουσιάζουν επίγνωση περιβάλλοντος και αυτο-διαχειριστικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, μελετήθηκε κατά πόσον οι αποφάσεις που λαμβάνονται ως προς την επιλογή του κατάλληλου δικτύου, σύμφωνα με την κάθε λύση, είναι αποτελεσματικές και προτάθηκαν τρόποι βελτιστοποίησης των υπαρχουσών αρχιτεκτονικών, καθώς και προτάσεων προς περαιτέρω ανάπτυξη σχετικών μελλοντικών λύσεων. Στο δεύτερο θεματικό μέρος της διατριβής, αναπτύχθηκε μια ευέλικτη αναλυτική μεθοδολογία, περιλαμβάνοντας όλους τους παράγοντες που μπορούν να συνεισφέρουν στην συνολική χρονοκαθυστέρηση, λαμβάνοντας υπόψιν την σηματοδοσία, την επεξεργαστική επιβάρυνση και την συμφόρηση (μελέτη ουράς), επεκτείνοντας την τρέχουσα βιβλιογραφία. Η μεθοδολογία είναι περιεκτική, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει κλειστού τύπου λύσεις και έχει την δυνατότητα να προσαρμόζεται σε διαφορετικές προσεγγίσεις. Προς απόδειξη αυτού, εφαρμόσαμε την μεθοδολογία σε δύο λύσεις με διαφορετική στρατηγική επίγνωσης περιβάλλοντος (μια μεταδραστική και μια προδραστική). Και για τις δύο προσεγγίσεις, τα αναλυτικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν από προσομοιώσεις, επιβεβαιώνοντας την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια της αναλυτικής μεθοδολογίας. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η προδραστική προσέγγιση εμφανίζει καλύτερη απόδοση ως προς την συνολική χρονοκαθυστέρηση, ενώ χρειάζεται σημαντικά λιγότερους επεξεργαστικούς πόρους, παρουσιάζοντας πιθανά οφέλη και στην συνολική ενεργειακή κατανάλωση και στα λειτουργικά και κεφαλαιουχικά κόστη (OPEX και CAPEX)

Mobile-IP ad-hoc network MPLS-based with QoS support.

The support for Quality of Service (QoS) is the main focus of this thesis. Major issues and challenges for Mobile-IP Ad-Hoc Networks (MANETs) to support QoS in a multi-layer manner are considered discussed and investigated through simulation setups. Different parameters contributing to the subjective measures of QoS have been considered and consequently, appropriate testbeds were formed to measure these parameters and compare them to other schemes to check for superiority. These parameters are: Maximum Round-Trip Delay (MRTD), Minimum Bandwidth Guaranteed (MBG), Bit Error Rate (BER), Packet Loss Ratio (PER), End-To-End Delay (ETED), and Packet Drop Ratio (PDR) to name a few. For network simulations, NS-II (Network Simulator Version II) and OPNET simulation software systems were used.Dept. of Electrical and Computer Engineering. Paper copy at Leddy Library: Theses & Major Papers - Basement, West Bldg. / Call Number: Thesis2005 .A355. Source: Masters Abstracts International, Volume: 44-03, page: 1444. Thesis (M.Sc.)--University of Windsor (Canada), 2005

Routage et gestion de la mobilité dans les réseaux personnels

L'objectif de cette thèse est d'étudier des méthodes et des stratégies efficaces pour le routage et la gestion de la mobilité dans le cadre des réseaux personnels. Dans un premier temps, nous proposons le cadre de nos études: Personal Ubiquitous Environments (PUE). Un PUE est constitué d'un ensemble d'utilisateurs ayant des terminaux disposant d'interfaces réseau hétérogènes, et dont l'objectif est de mettre en oeuvre des mécanismes de coopération et de partage des ressources de manière totalement distribuée. Dans ce cadre, la thèse a proposé des solutions innovantes contribuant à améliorer la communication inter et intra réseau personnels. La première contribution porte sur le protocole PNRP (Personal Network Routing Protocol) dont le but est de développer un routage à base de politiques (policy-based routing) pour les environnements personnels. La seconde, intitulée ADD (Adaptive Distributed gateway Discovery), est un mécanisme totalement distribué pour la découverte de multiples chemins vers une passerelle vers un réseau opéré. De plus, étant donné que ces environnements sont hétérogènes par leurs compositions (réseaux d'accès, terminaux ...), une architecture de gestion de la mobilité qui permet une gestion unifiée de la localisation et de la mobilité sans coutures appliquant lénsemble des noeuds a également été traitée. Les résultats d'évaluation par simulation démontrent l'applicabilité et léfficacité des ces protocoles.The aim of this thesis is to investigate methods and strategies for efficient routing and mobility management in personal environments. The concept of Personal Ubiquitous Environments (PUE) is introduced which accommodates heterogeneous devices and access networks of different users and sustain the notion of sharing resources in a distributed manner. A prerequisite for achieving the resource (devices, networks) sharing in personal environments is the deployment of suitable communication protocols which establish efficient multi-hop routes betweens the devices of the PUE. Personal Network Routing Protocol (PNRP) has been developed to perform policy-based routing in personal environments. Moreover, in certain personal networking scenarios, the infrastructure network components (i.e. gateways) are more than one-hop distance from the user's devices; Adaptive Distributed gateway Discovery (ADD) protocol is thereby proposed to efficiently discover the multi-hop routes towards the gateway in a totally distributed manner. All the more, since the personal environments regroups heterogeneous access networks, an efficient mobility management architecture is proposed which offers unified location management and seamless handover experience to dynamic personal nodes. The proposed protocols are assessed by means of numerous communication scenarios; the simulation results demonstrate the applicability of the proposed protocols

Quality-Oriented Mobility Management for Multimedia Content Delivery to Mobile Users

The heterogeneous wireless networking environment determined by the latest developments in wireless access technologies promises a high level of communication resources for mobile computational devices. Although the communication resources provided, especially referring to bandwidth, enable multimedia streaming to mobile users, maintaining a high user perceived quality is still a challenging task. The main factors which affect quality in multimedia streaming over wireless networks are mainly the error-prone nature of the wireless channels and the user mobility. These factors determine a high level of dynamics of wireless communication resources, namely variations in throughput and packet loss as well as network availability and delays in delivering the data packets. Under these conditions maintaining a high level of quality, as perceived by the user, requires a quality oriented mobility management scheme. Consequently we propose the Smooth Adaptive Soft-Handover Algorithm, a novel quality oriented handover management scheme which unlike other similar solutions, smoothly transfer the data traffic from one network to another using multiple simultaneous connections. To estimate the capacity of each connection the novel Quality of Multimedia Streaming (QMS) metric is proposed. The QMS metric aims at offering maximum flexibility and efficiency allowing the applications to fine tune the behavior of the handover algorithm. The current simulation-based performance evaluation clearly shows the better performance of the proposed Smooth Adaptive Soft-Handover Algorithm as compared with other handover solutions. The evaluation was performed in various scenarios including multiple mobile hosts performing handover simultaneously, wireless networks with variable overlapping areas, and various network congestion levels

Investigation of an intelligent personalised service recommendation system in an IMS based cellular mobile network

Success or failure of future information and communication services in general and mobile communications in particular is greatly dependent on the level of personalisations they can offer. While the provision of anytime, anywhere, anyhow services has been the focus of wireless telecommunications in recent years, personalisation however has gained more and more attention as the unique selling point of mobile devices. Smart phones should be intelligent enough to match user’s unique needs and preferences to provide a truly personalised service tailored for the individual user. In the first part of this thesis, the importance and role of personalisation in future mobile networks is studied. This is followed, by an agent based futuristic user scenario that addresses the provision of rich data services independent of location. Scenario analysis identifies the requirements and challenges to be solved for the realisation of a personalised service. An architecture based on IP Multimedia Subsystem is proposed for mobility and to provide service continuity whilst roaming between two different access standards. Another aspect of personalisation, which is user preference modelling, is investigated in the context of service selection in a multi 3rd party service provider environment. A model is proposed for the automatic acquisition of user preferences to assist in service selection decision-making. User preferences are modelled based on a two-level Bayesian Metanetwork. Personal agents incorporating the proposed model provide answers to preference related queries such as cost, QoS and service provider reputation. This allows users to have their preferences considered automatically

An intelligent vertical handoff decision algorithm in next generation wireless networks

Philosophiae Doctor - PhDSeamless mobility is the missing ingredient needed to address the inefficient communication problems faced by the field workforces of service companies that are using field workforce automation solutions to streamline and optimise the operations of their field workforces in an increasingly competitive market place. The key enabling function for achieving seamless mobility and seamless service continuity is seamless handoffs across heterogeneous wireless access networks. A challenging issue in the multi-service next generation wireless network (NGWN) is to design intelligent and optimal vertical handoff decision algorithms, beyond traditional ones that are based on only signal strength, to determine when to perform a handoff and to provide optimal choice of access network technology among all available access networks for users equipped with multimode mobile terminals. The objective of the thesis research is to design such vertical handoff decision algorithms in order for mobile field workers and other mobile users equipped with contemporary multimode mobile devices to communicate seamlessly in the NGWN. In order to tackle this research objective, we used fuzzy logic and fuzzy inference systems to design a suitable handoff initiation algorithm that can handle imprecision and uncertainties in data and process multiple vertical handoff initiation parameters (criteria); used the fuzzy multiple attributes decision making method and context awareness to design a suitable access network selection function that can handle a tradeoff among many handoff metrics including quality of service requirements (such as network conditions and system performance), mobile terminal conditions, power requirements, application types, user preferences, and a price model; used genetic algorithms and simulated annealing to optimise the access network selection function in order to dynamically select the optimal available access network for handoff; and we focused in particular on an interesting use case: vertical handoff decision between mobile WiMAX and UMTS access networks. The implementation of our handoff decision algorithm will provide a network selection mechanism to help mobile users select the best wireless access network among all available wireless access networks, that is, one that provides always best connected services to user

Estudio de la movilidad en redes de siguiente generación

El continuo avance de las redes de telecomunicaciones nos proporciona cada vez más facilidades en todos los ámbitos de nuestra vida. En este caso, nos hemos centrado en el estudio de la movilidad en Redes de Siguiente Generación. Una parte del presente proyecto se ha realizado en colaboración con Deutsche Telekom AG, durante una estancia de seis meses trabajando como colaboradora en sus laboratorios con emplazamiento en Berlín. El principal objetivo de este proyecto ha sido realizar un estudio sobre los diferentes estándares y tecnologías que facilitan la movilidad en Redes de Siguiente Generación. Por ello, en la primera parte se han estudiado los diferentes grupos de trabajo centrados en este aspecto, así como se ha recabado información sobre productos y soluciones disponibles en el mercado, para obtener una visión global de la situación actual. Como se puede comprobar más adelante, esta primera parte es la más extensa de todo el documento. Esto se debe a que es, probablemente, la parte más importante del trabajo, ya que contiene el estudio de los mecanismos que más tarde nos servirán para dar una solución teórica a los distintos escenarios que se plantean. En la segunda parte del proyecto, nos hemos centrado en desarrollar varios escenarios de interés en sistemas de Redes de Siguiente Generación y aportar, de forma posterior, posibles soluciones teóricas. Para finalizar, se han expuesto las conclusiones extraídas como resultado del trabajo y los aspectos que se podrán tratar sobre el mismo en un futuro próximo.Ingeniería de Telecomunicació