Interoperabilidade e mobilidade na internet do futuro

Research on Future Internet has been gaining traction in recent years, with both evolutionary (e.g., Software Defined Networking (SDN)- based architectures) and clean-slate network architectures (e.g., Information Centric Networking (ICN) architectures) being proposed. With each network architectural proposal aiming to provide better solutions for specific Internet utilization requirements, an heterogeneous Future Internet composed by several architectures can be expected, each targeting and optimizing different use case scenarios. Moreover, the increasing number of mobile devices, with increasing capabilities and supporting different connectivity technologies, are changing the patterns of traffic exchanged in the Internet. As such, this thesis focuses on the study of interoperability and mobility in Future Internet architectures, two key requirements that need to be addressed for the widely adoption of these network architectures. The first contribution of this thesis is an interoperability framework that, by enabling resources to be shared among different network architectures, avoids resources to be restricted to a given network architecture and, at the same time, promotes the initial roll out of new network architectures. The second contribution of this thesis consists on the development of enhancements for SDN-based and ICN network architectures through IEEE 802.21 mechanisms to facilitate and optimize the handover procedures on those architectures. The last contribution of this thesis is the definition of an inter-network architecture mobility framework that enables MNs to move across access network supporting different network architectures without losing the reachability to resources being accessed. All the proposed solutions were evaluated with results highlighting the feasibility of such solutions and the impact on the overall communication.A Internet do Futuro tem sido alvo de vários estudos nos últimos anos, com a proposta de arquitecturas de rede seguindo quer abordagens evolutionárias (por exemplo, Redes Definidas por Software (SDN)) quer abordagens disruptivas (por exemplo, Redes Centradas na Informação (ICN)). Cada uma destas arquitecturas de rede visa providenciar melhores soluções relativamente a determinados requisitos de utilização da Internet e, portanto, uma Internet do Futuro heterogénea composta por diversas arquitecturas de rede torna-se uma possibilidade, onde cada uma delas é usada para optimizar diferentes casos de utilização. Para além disso, o aumento do número de dispositivos móveis, com especificações acrescidas e com suporte para diferentes tecnologias de conectividade, está a mudar os padrões do tráfego na Internet. Assim, esta tese foca-se no estudo de aspectos de interoperabilidade e mobilidade em arquitecturas de rede da Internet do Futuro, dois importantes requisitos que necessitam de ser satisfeitos para que a adopção destas arquitecturas de rede seja considerada. A primeira contribuição desta tese é uma solução de interoperabilidade que, uma vez que permite que recursos possam ser partilhados por diferentes arquitecturas de rede, evita que os recursos estejam restringidos a uma determinada arquitectura de rede e, ao mesmo tempo, promove a adopção de novas arquitecturas de rede. A segunda contribuição desta tese consiste no desenvolvimento de extensões para arquitecturas de rede baseadas em SDN ou ICN através dos mecanismos propostos na norma IEEE 802.21 com o objectivo de facilitar e optimizar os processos de mobilidade nessas arquitecturas de rede. Finalmente, a terceira contribuição desta tese é a definição de uma solução de mobilidade envolvendo diferentes arquitecturas de rede que permite a mobilidade de dispositivos móveis entre redes de acesso que suportam diferentes arquitecturas de rede sem que estes percam o acesso aos recursos que estão a ser acedidos. Todas as soluções propostas foram avaliadas com os resultados a demonstrar a viabilidade de cada uma das soluções e o impacto que têm na comunicação.Programa Doutoral em Informátic

Middleware de comunicações para a internet móvel futura

Doutoramento em Informática (MAP-I)A evolução constante em novas tecnologias que providenciam suporte à forma como os nossos dispositivos se ligam, bem como a forma como utilizamos diferentes capacidades e serviços on-line, criou um conjunto sem precedentes de novos desafios que motivam o desenvolvimento de uma recente área de investigação, denominada de Internet Futura. Nesta nova área de investigação, novos aspectos arquiteturais estão ser desenvolvidos, os quais, através da re-estruturação de componentes nucleares subjacentesa que compõem a Internet, progride-a de uma forma capaz de não são fazer face a estes novos desafios, mas também de a preparar para os desafios de amanhã. Aspectos chave pertencendo a este conjunto de desafios são os ambientes de rede heterogéneos compostos por diferentes tipos de redes de acesso, a cada vez maior mudança do tráfego peer-to-peer (P2P) como o tipo de tráfego mais utilizado na Internet, a orquestração de cenários da Internet das Coisas (IoT) que exploram mecanismos de interação Maquinaa-Maquina (M2M), e a utilização de mechanismos centrados na informação (ICN). Esta tese apresenta uma nova arquitetura capaz de simultaneamente fazer face a estes desafios, evoluindo os procedimentos de conectividade e entidades envolvidas, através da adição de uma camada de middleware, que age como um mecanismo de gestão de controlo avançado. Este mecanismo de gestão de controlo aproxima as entidades de alto nível (tais como serviços, aplicações, entidades de gestão de mobilidade, operações de encaminhamento, etc.) com as componentes das camadas de baixo nível (por exemplo, camadas de ligação, sensores e atuadores), permitindo uma otimização conjunta dos procedimentos de ligação subjacentes. Os resultados obtidos não só sublinham a flexibilidade dos mecanismos que compoem a arquitetura, mas também a sua capacidade de providenciar aumentos de performance quando comparados com outras soluÇÕes de funcionamento especÍfico, enquanto permite um maior leque de cenáios e aplicações.The constant evolution in new technologies that support the way our devices are able to connect, as well the way we use available on-line services and capabilities, has created a set of unprecedented new challenges that motivated the development of a recent research trend known as the Future Internet. In this research trend, new architectural aspects are being developed which, through the restructure of underlying core aspects composing the Internet, reshapes it in a way capable of not only facing these new challenges, but also preparing it to tackle tomorrow’s new set of complex issues. Key aspects belonging to this set of challenges are heterogeneous networking environments composed by di↵erent kinds of wireless access networks, the evergrowing change from peer-to-peer (P2P) to video as the most used kind of traffic in the Internet, the orchestration of Internet of Things (IoT) scenarios exploiting Machine-to-Machine (M2M) interactions, and the usage of Information-Centric Networking (ICN). This thesis presents a novel framework able to simultaneous tackle these challenges, empowering connectivity procedures and entities with a middleware acting as an advanced control management mechanism. This control management mechanism brings together both high-level entities (such as application services, mobility management entities, routing operations, etc.) with the lower layer components (e.g., link layers, sensor devices, actuators), allowing for a joint optimization of the underlying connectivity and operational procedures. Results highlight not only the flexibility of the mechanisms composing the framework, but also their ability in providing performance increases when compared with other specific purpose solutions, while allowing a wider range of scenarios and deployment possibilities

Handover management in mobile WiMAX using adaptive cross-layer technique

The protocol type and the base station (BS) technology are the main communication media between the Vehicle to Infrastructure (V2I) communication in vehicular networks. During high speed vehicle movement, the best communication would be with a seamless handover (HO) delay in terms of lower packet loss and throughput. Many studies have focused on how to reduce the HO delay during lower speeds of the vehicle with data link (L2) and network (L3) layers protocol. However, this research studied the Transport Layer (L4) protocol mobile Stream Control Transmission Protocol (mSCTP) used as an optimal protocol in collaboration with the Location Manager (LM) and Domain Name Server (DNS). In addition, the BS technology that performs smooth HO employing an adaptive algorithm in L2 to perform the HO according to current vehicle speed was also included in the research. The methods derived from the combination of L4 and the BS technology methods produced an Adaptive Cross-Layer (ACL) design which is a mobility oriented handover management scheme that adapts the HO procedure among the protocol layers. The optimization has a better performance during HO as it is reduces scanning delay and diversity level as well as support transparent mobility among layers in terms of low packet loss and higher throughput. All of these metrics are capable of offering maximum flexibility and efficiency while allowing applications to refine the behaviour of the HO procedure. Besides that, evaluations were performed in various scenarios including different vehicle speeds and background traffic. The performance evaluation of the proposed ACL had approximately 30% improvement making it better than the other handover solutions

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

Acesso banda larga sem fios em ambientes heterogéneos de próxima geração

Doutoramento em Engenharia InformáticaO acesso ubíquo à Internet é um dos principais desafios para os operadores de telecomunicações na próxima década. O número de utilizadores da Internet está a crescer exponencialmente e o paradigma de acesso "always connected, anytime, anywhere" é um requisito fundamental para as redes móveis de próxima geração. A tecnologia WiMAX, juntamente com o LTE, foi recentemente reconhecida pelo ITU como uma das tecnologias de acesso compatíveis com os requisitos do 4G. Ainda assim, esta tecnologia de acesso não está completamente preparada para ambientes de próxima geração, principalmente devido à falta de mecanismos de cross-layer para integração de QoS e mobilidade. Adicionalmente, para além das tecnologias WiMAX e LTE, as tecnologias de acesso rádio UMTS/HSPA e Wi-Fi continuarão a ter um impacto significativo nas comunicações móveis durante os próximos anos. Deste modo, é fundamental garantir a coexistência das várias tecnologias de acesso rádio em termos de QoS e mobilidade, permitindo assim a entrega de serviços multimédia de tempo real em redes móveis. Para garantir a entrega de serviços multimédia a utilizadores WiMAX, esta Tese propõe um gestor cross-layer WiMAX integrado com uma arquitectura de QoS fim-a-fim. A arquitectura apresentada permite o controlo de QoS e a comunicação bidireccional entre o sistema WiMAX e as entidades das camadas superiores. Para além disso, o gestor de cross-layer proposto é estendido com eventos e comandos genéricos e independentes da tecnologia para optimizar os procedimentos de mobilidade em ambientes WiMAX. Foram realizados testes para avaliar o desempenho dos procedimentos de QoS e mobilidade da arquitectura WiMAX definida, demonstrando que esta é perfeitamente capaz de entregar serviços de tempo real sem introduzir custos excessivos na rede. No seguimento das extensões de QoS e mobilidade apresentadas para a tecnologia WiMAX, o âmbito desta Tese foi alargado para ambientes de acesso sem-fios heterogéneos. Neste sentido, é proposta uma arquitectura de mobilidade transparente com suporte de QoS para redes de acesso multitecnologia. A arquitectura apresentada integra uma versão estendida do IEEE 802.21 com suporte de QoS, bem como um gestor de mobilidade avançado integrado com os protocolos de gestão de mobilidade do nível IP. Finalmente, para completar o trabalho desenvolvido no âmbito desta Tese, é proposta uma extensão aos procedimentos de decisão de mobilidade em ambientes heterogéneos para incorporar a informação de contexto da rede e do terminal. Para validar e avaliar as optimizações propostas, foram desenvolvidos testes de desempenho num demonstrador inter-tecnologia, composta pelas redes de acesso WiMAX, Wi-Fi e UMTS/HSPA.Ubiquitous Internet access is one of the main challenges for the telecommunications industry in the next decade. The number of users accessing the Internet is growing exponentially and the network access paradigm of “always connected, anytime, anywhere” is a central requirement for the so-called Next Generation Mobile Networks (NGMN). WiMAX, together with LTE, was recently recognized by ITU as one of the compliant access technologies for 4G. Nevertheless, WiMAX is not yet fully prepared for next generation environments, mainly due to the lack of QoS and mobility crosslayer procedures to support real-time multimedia services delivery. Furthermore, besides the 4G compliant WiMAX and LTE radio access technologies, UMTS/HSPA and Wi-Fi will also have a significant impact in the mobile communications during the next years. Therefore, it is fundamental to ensure the coexistence of multiple radio access technologies in what QoS and mobility procedures are concerned, thereby allowing the delivery of real-time services in mobile networks. In order to provide the WiMAX mobile users with the demanded multimedia services, it is proposed in this Thesis a WiMAX cross-layer manager integrated in an end-to-end all-IP QoS enabled architecture. The presented framework enables the QoS control and bidirectional communication between WiMAX and the upper layer network entities. Furthermore, the proposed cross-layer framework is extended with media independent events and commands to optimize the mobility procedures in WiMAX environments. Tests were made to evaluate the QoS and mobility performance of the defined architecture, demonstrating that it is perfectly capable of handling and supporting real time services without introducing an excessive cost in the network. Following the QoS and mobility extensions provided for WiMAX, the scope of this Thesis is broaden and a seamless mobility architecture with QoS support in heterogeneous wireless access environments is proposed. The presented architecture integrates an extended version of the IEEE 802.21 framework with QoS support, as well as an advanced mobility manager integrated with the IP level mobility management protocols. Finally, to complete the work within the framework of this Thesis, it is proposed an extension to the handover decisionmaking processes in heterogeneous access environments through the integration of context information from both the network entities and the enduser. Performance tests were developed in a real testbed to validate the proposed optimizations in an inter-technology handover scenario involving WiMAX, Wi-Fi and UMTS/HSPA

Validation platform implementation description – D5.2

Deliverable D5.2 del projecte OneFITPostprint (published version

The Design and Implementation of an Over-the-top Cloud-based Vertical Handover Decision Service for Heterogeneous Wireless Networks

The widespread availability of heterogeneous wireless networks (hetnets) presents a resource allocation challenge to network operators and administrators. Overlapping network coverage should be utilized to its fullest extent, providing users with a fair share of bandwidth while maximizing the efficient use of the operator\u27s resources. Currently, network selection occurs locally at the mobile device and does not take into account factors such as the state of other networks that might be available in the device\u27s location. The local decision made by the device can often result in underutilization of network resources and a degraded user experience. This type of selfish network selection might not result in optimal bandwidth allocation when compared to approaches that make use of a centralized resource controller \cite{gpf}. The decision making process behind the selection of these networks continues to be an open area of research, and a variety of algorithms have been proposed to solve this problem. An over-the-top handover decision service treats each wireless access network in a hetnet as a black box, assuming detailed network topology and state information is unavailable to the handover decision algorithm. The algorithm then uses network data gathered empirically from users to provide them with a network selection service that considers the current conditions of available networks in a given location. This is a departure from past designs of vertical handover decision algorithms, which tend to approach the problem from the perspective of individual network operators. The wide range of radio access technologies operated by different network operators that are available to a device within a hetnet, coupled with the mobile data offload effort, is the primary motivator behind our novel choice in direction. This thesis documents the design and implementation of such an over-the-top vertical handover decision service

Proposal of C4MS and inherent technical challenges – D3.1

Deliverable D3.1 del projecte Europeu OneFIT (ICT-2009-257385)The scope of OneFIT is on Opportunistic etworks and Cognitive Management Systems for Efficient Application Provision in the uture Internet. This document contains a proposal of Control Channels for Coordination of Cognitive Management Systems (C4MS) which enables delivery of guidance/assistance information from infrastructure towards the Opportunistic Networks and provides means for the management of Opportunistic Networks. This document defines first messages and elementary procedures for the C4MS as well as it identifies a preliminary set of information which is to be conveyed over C4MS. The document introduces also the inherent technical challenges related to the C4MS proposal.Postprint (published version

Validation platform implementation description - D5.2

This deliverable describes different test-beds for the validation of the architecture, algorithms and protocols for the operator governed opportunistic networking as defined in the OneFIT Project. Further on, this deliverable provides a description of the implementation of the OneFIT cognitive management systems CSCI and CMON as well as the C4MS protocol. Also, implementation of the blocks supporting the OneFIT system (JRRM, CCM, DSONPM, and DSM) is described. This document also describes the implementation of the OneFIT scenarios for opportunistic coverage extension, opportunistic capacity extension, infrastructure supported ad-hoc networking and device-to-device communication as well as opportunistic resource aggregation in the backhaul network