The Road Ahead for Networking: A Survey on ICN-IP Coexistence Solutions

In recent years, the current Internet has experienced an unexpected paradigm shift in the usage model, which has pushed researchers towards the design of the Information-Centric Networking (ICN) paradigm as a possible replacement of the existing architecture. Even though both Academia and Industry have investigated the feasibility and effectiveness of ICN, achieving the complete replacement of the Internet Protocol (IP) is a challenging task. Some research groups have already addressed the coexistence by designing their own architectures, but none of those is the final solution to move towards the future Internet considering the unaltered state of the networking. To design such architecture, the research community needs now a comprehensive overview of the existing solutions that have so far addressed the coexistence. The purpose of this paper is to reach this goal by providing the first comprehensive survey and classification of the coexistence architectures according to their features (i.e., deployment approach, deployment scenarios, addressed coexistence requirements and architecture or technology used) and evaluation parameters (i.e., challenges emerging during the deployment and the runtime behaviour of an architecture). We believe that this paper will finally fill the gap required for moving towards the design of the final coexistence architecture.Comment: 23 pages, 16 figures, 3 table

Congestion Control using FEC for Conversational Multimedia Communication

In this paper, we propose a new rate control algorithm for conversational multimedia flows. In our approach, along with Real-time Transport Protocol (RTP) media packets, we propose sending redundant packets to probe for available bandwidth. These redundant packets are Forward Error Correction (FEC) encoded RTP packets. A straightforward interpretation is that if no losses occur, the sender can increase the sending rate to include the FEC bit rate, and in the case of losses due to congestion the redundant packets help in recovering the lost packets. We also show that by varying the FEC bit rate, the sender is able to conservatively or aggressively probe for available bandwidth. We evaluate our FEC-based Rate Adaptation (FBRA) algorithm in a network simulator and in the real-world and compare it to other congestion control algorithms

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Energy-efficient wireless communication

In this chapter we present an energy-efficient highly adaptive network interface architecture and a novel data link layer protocol for wireless networks that provides Quality of Service (QoS) support for diverse traffic types. Due to the dynamic nature of wireless networks, adaptations in bandwidth scheduling and error control are necessary to achieve energy efficiency and an acceptable quality of service. In our approach we apply adaptability through all layers of the protocol stack, and provide feedback to the applications. In this way the applications can adapt the data streams, and the network protocols can adapt the communication parameters

Enhancing QUIC over Satellite Networks

The use of Satellite Communication (SATCOM) networks for broadband connectivity has recently seen an increase in popularity due to, among other factors, the rise of the latest generations of cellular networks (5G/6G) and the deployment of high-throughput satellites. In parallel, major advances have been witnessed in the context of the transport layer: first, the standardization and early deployment of QUIC, a new-generation and general-purpose transport protocol; and second, modern congestion control proposals such as the Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time (BBR) algorithm. Even though satellite links introduce several challenges for transport layer mechanisms, mainly due to their long propagation delay, satellite Internet providers have relied on TCP connection-splitting solutions implemented by Performance-Enhancing Proxies (PEPs) to greatly overcome many of these challenges. However, due to QUIC's fully encrypted nature, these performance-boosting solutions become nearly impossible for QUIC traffic, leaving it in great disadvantage when competing against TCP-PEP. In this context, IETF QUIC WG contributors are currently investigating this matter and suggesting new solutions that can help improve QUIC's performance over SATCOM. This thesis aims to study some of these proposals and evaluate them through experimentation using a real network testbed and an emulated satellite link

Transport Protocols for Data Center Communication

Data centers are becoming more and more important since there is a number of services covered especially by them. At the same time it is reasonable to maintain the costs of data centers low from a number of perspectives. To this end, one could propose a number of changes in the data center environment. While there is a number of studies that focus on different aspects of the data center environment, one of the most important factors that can be studied and changed is the transport protocol used in the data center environment. This change will have an impact on a number of factors in the data centers. For the purpose of this thesis a number of transport protocols were studied, starting from the broadly used TCP to a number of especially designed for data centers ones. These variations were studied for the changes they impose and the positive results they bring. At the same time the significance of DCTCP, the most extensively studied and deployed data center environment protocol was made apparent and the positive results from its deployment. This study outlines the necessity to know its behavior while coexisting with TCP as well since its deployment in the wide Internet would bring positive results for latency, losses and buffer queues minimization. To this end, the protocol was studied by emulating network behavior in Mininet network emulator and it was found out that its coexistence with TCP is possible without the TCP traffic starving as long as some parameters settings are followed