Multimedia delivery in the future internet

The term “Networked Media” implies that all kinds of media including text, image, 3D graphics, audio and video are produced, distributed, shared, managed and consumed on-line through various networks, like the Internet, Fiber, WiFi, WiMAX, GPRS, 3G and so on, in a convergent manner [1]. This white paper is the contribution of the Media Delivery Platform (MDP) cluster and aims to cover the Networked challenges of the Networked Media in the transition to the Future of the Internet. Internet has evolved and changed the way we work and live. End users of the Internet have been confronted with a bewildering range of media, services and applications and of technological innovations concerning media formats, wireless networks, terminal types and capabilities. And there is little evidence that the pace of this innovation is slowing. Today, over one billion of users access the Internet on regular basis, more than 100 million users have downloaded at least one (multi)media file and over 47 millions of them do so regularly, searching in more than 160 Exabytes1 of content. In the near future these numbers are expected to exponentially rise. It is expected that the Internet content will be increased by at least a factor of 6, rising to more than 990 Exabytes before 2012, fuelled mainly by the users themselves. Moreover, it is envisaged that in a near- to mid-term future, the Internet will provide the means to share and distribute (new) multimedia content and services with superior quality and striking flexibility, in a trusted and personalized way, improving citizens’ quality of life, working conditions, edutainment and safety. In this evolving environment, new transport protocols, new multimedia encoding schemes, cross-layer inthe network adaptation, machine-to-machine communication (including RFIDs), rich 3D content as well as community networks and the use of peer-to-peer (P2P) overlays are expected to generate new models of interaction and cooperation, and be able to support enhanced perceived quality-of-experience (PQoE) and innovative applications “on the move”, like virtual collaboration environments, personalised services/ media, virtual sport groups, on-line gaming, edutainment. In this context, the interaction with content combined with interactive/multimedia search capabilities across distributed repositories, opportunistic P2P networks and the dynamic adaptation to the characteristics of diverse mobile terminals are expected to contribute towards such a vision. Based on work that has taken place in a number of EC co-funded projects, in Framework Program 6 (FP6) and Framework Program 7 (FP7), a group of experts and technology visionaries have voluntarily contributed in this white paper aiming to describe the status, the state-of-the art, the challenges and the way ahead in the area of Content Aware media delivery platforms

IP Flow Mobility in PMIPv6 Based Networks: Solution Design and Experimental Evaluation

The ability of offloading selected IP data traffic from 3G to WLAN access networks is considered a key feature in the upcoming 3GPP specifications, being the main goal to alleviate data congestion in cellular networks while delivering a positive user experience. Lately, the 3GPP has adopted solutions that enable mobility of IP-based wireless devices relocating mobility functions from the terminal to the network. To this end, the IETF has standardized Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6), a protocol capable to hide often complex mobility procedures from the mobile devices. This paper, in line with the mentioned offload requirement, further extends PMIPv6 to support dynamic IP flow mobility management across access wireless networks according to operator policies. Considering energy consumption as a critical aspect for hand-held devices and smart-phones, we assess the feasibility of the proposed solution and provide an experimental analysis showing the cost (in terms of energy consumption) of simultaneous packet transmission/reception using multiple network interfaces. The end-to-end system design has been implemented and validated by means of an experimental network setup.European Community´s Seventh Framework ProgramPublicad

Future Trends and Challenges for Mobile and Convergent Networks

Some traffic characteristics like real-time, location-based, and community-inspired, as well as the exponential increase on the data traffic in mobile networks, are challenging the academia and standardization communities to manage these networks in completely novel and intelligent ways, otherwise, current network infrastructures can not offer a connection service with an acceptable quality for both emergent traffic demand and application requisites. In this way, a very relevant research problem that needs to be addressed is how a heterogeneous wireless access infrastructure should be controlled to offer a network access with a proper level of quality for diverse flows ending at multi-mode devices in mobile scenarios. The current chapter reviews recent research and standardization work developed under the most used wireless access technologies and mobile access proposals. It comprehensively outlines the impact on the deployment of those technologies in future networking environments, not only on the network performance but also in how the most important requirements of several relevant players, such as, content providers, network operators, and users/terminals can be addressed. Finally, the chapter concludes referring the most notable aspects in how the environment of future networks are expected to evolve like technology convergence, service convergence, terminal convergence, market convergence, environmental awareness, energy-efficiency, self-organized and intelligent infrastructure, as well as the most important functional requisites to be addressed through that infrastructure such as flow mobility, data offloading, load balancing and vertical multihoming.Comment: In book 4G & Beyond: The Convergence of Networks, Devices and Services, Nova Science Publishers, 201

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

Network-based IP flow mobility support in 3GPPs evolved packet core

Includes bibliographical references.Mobile data traffic in cellular networks has increased tremendously in the last few years. Due to the costs associated with licensed spectrum, Mobile Network Operators (MNOs) are battling to manage these increased traffic growths. Offloading mobile data traffic to alternative low cost access networks like Wi-Fi has been proposed as a candidate solution to enable MNOs to alleviate congestion from the cellular networks. This dissertation investigates an offloading technique called IP flow mobility within the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) all-IP mobile core network, the Evolved Packet Core (EPC). IP flow mobility would enable offloading a subset of the mobile user‟s traffic to an alternative access network while allowing the rest of the end-user‟s traffic to be kept in the cellular access; this way, traffic with stringent quality of service requirements like Voice over Internet Protocol (VoIP) would not experience service disruption or interruption when offloaded. This technique is different from previous offloading techniques where all the end-user‟s traffic is offloaded. IP flow mobility functionality can be realised with either host- or network-based mobility protocols. The recommended IP flow mobility standard of 3GPP is based on the host-based mobility solution, Dual-Stack Mobile IPv6. However, host-based mobility solutions have drawbacks like long handover latencies and produce signaling overhead in the radio access networks, which could be less appealing to MNOs. Network-based mobility solutions, compared to the host-based mobility solutions, have reduced handover latencies with no signaling overhead occurring in the radio access network. Proxy Mobile IPv6 is a networkbased mobility protocol adapted by 3GPP for mobility in the EPC. However, the standardisation of the Proxy Mobile IPv6-based IP flow mobility functionality is still ongoing within 3GPP. A review of related literature and standardisation efforts reveals shortcomings with the Proxy Mobile IPv6 mobility protocol in supporting IP flow mobility. Proxy Mobile IPv6 does not have a mechanism that would ensure session continuity during IP flow handoffs or a mechanism enabling controlling of the forwarding path of a particular IP flow i.e., specifying the access network for the IP flow. The latter mechanism is referred to as IP flow information management and flow-based routing. These mechanisms represent the basis for enabling the IP flow mobility functionality. To address the shortcomings of Proxy Mobile IPv6, this dissertation proposes vi enhancements to the protocol procedures to enable the two mechanisms for IP flow mobility functionality. The proposed enhancements for the session continuity mechanism draw on work in related literature and the proposed enhancements for the IP flow information management and flow-based routing mechanism are based on the concepts used in the Dual- Stack Mobile IPv6 IP flow mobility functionality. Together the two mechanisms allow the end-user to issue requests on what access network a particular IP flow should be routed, and ensure that the IP flows are moved to the particular access network without session discontinuity

Design of interface selection protocols for multi-homed wireless networks

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and was awarded by Brunel University on 10 December 2010.The IEEE 802.11/802.16 standards conformant wireless communication stations have multi-homing transmission capability. To achieve greater communication efficiency, multi-homing capable stations use handover mechanism to select appropriate transmission channel according to variations in the channel quality. This thesis presents three internal-linked handover schemes, (1) Interface Selection Protocol (ISP), belonging to Wireless Local Area Network (WLAN)- Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) environment (2) Fast Channel Scanning (FCS) and (3) Traffic Manager (TM), (2) and (3) belonging to WiMAX Environment. The proposed schemes in this thesis use a novel mechanism of providing a reliable communication route. This solution is based on a cross-layer communication framework, where the interface selection module uses various network related parameters from Medium Access Control (MAC) sub-layer/Physical Layer (PHY) across the protocol suite for decision making at the Network layer. The proposed solutions are highly responsive when compared with existing multi-homed schemes; responsiveness is one of the key factors in the design of such protocols. Selected route under these schemes is based on the most up to date link-layer information. Therefore, such a route is not only reliable in terms of route optimization but it also fulfils the application demands in terms of throughput and delay. Design of ISP protocol use probing frames during the route discovery process. The 802.11 mandates the use of different rates for data transmission frames. The ISP-metric can be incorporated into various routing aspects and its applicability is determined by the possibility of provision of MAC dependent parameters that are used to determine the best path metric values. In many cases, higher device density, interference and mobility cause variable medium access delays. It causes creation of ‘unreachable zones’, where destination is marked as unreachable. However, by use of the best path metric, the destination has been made reachable, anytime and anywhere, because of the intelligent use of the probing frames and interface selection algorithm implemented. The IEEE 802.16e introduces several MAC level queues for different access categories, maintaining service requirement within these queues; which imply that frames from a higher priority queue, i.e. video frames, are serviced more frequently than those belonging to lower priority queues. Such an enhancement at the MAC sub-layer introduces uneven queuing delays. Conventional routing protocols are unaware of such MAC specific constraints and as a result, these factors are not considered which result in channel performance degradation. To meet such challenges, the thesis presents FCS and TM schemes for WiMAX. For FCS, Its solution is to improve the mobile WiMAX handover and address the scanning latency. Since minimum scanning time is the most important issue in the handover process. This handover scheme aims to utilize the channel efficiently and apply such a procedure to reduce the time it takes to scan the neighboring access stations. TM uses MAC and physical layer (PHY) specific information in the interface metric and maintains a separate path to destination by applying an alternative interface operation. Simulation tests and comparisons with existing multi-homed protocols and handover schemes demonstrate the effectiveness of incorporating the medium dependent parameters. Moreover, show that suggested schemes, have shown better performance in terms of end-to-end delay and throughput, with efficiency up to 40% in specific test scenarios

ENABLING SMART CITY SERVICES FOR HETEROGENEOUS WIRELESS NETWORKS

A city can be transformed into a smart city if there is a resource-rich and reliable communication infrastructure available. A smart city in effect improves the quality of life of citizens by providing the means to convert the existing solutions to smart ones. Thus, there is a need for finding a suitable network structure that is capable of providing sufficient capacity and satisfactory quality-of-service in terms of latency and reliability. In this thesis, we propose a wireless network structure for smart cities. Our proposed network provides two wireless interfaces for each smart city node. One is supposed to connect to a public WiFi network, while the other is connected to a cellular network (such as LTE). Indeed, Multi-homing helps different applications to use the two interfaces simultaneously as well as providing the necessary redundancy in case the connection of one interface is lost. The performance of our proposed network structure is investigated using comprehensive ns-2 computer simulations. In this study, high data rate real-time and low data rate non-real-time applications are considered. The effect of a wide range of network parameters is tested such as the WiFi transmission rate, LTE transmission rate, the number of real-time and non-real-time nodes, application traffic rate, and different wireless propagation models. We focus on critical quality-of-service (QoS) parameters such as packet delivery delay and packet loss. We also measured the energy consumed in packet transmission. Compared with a single-interface WiFi-based or an LTE-based network, our simulation results show the superiority of the proposed network structure in satisfying QoS with lower latency and lower packet loss. We found also that the proposed multihoming structure enables the smart city sensors and other applications to realize a greener communication by consuming a lesser amount of transmission power rather than single interface-based networks

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