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

De-ossifying the Internet Transport Layer : A Survey and Future Perspectives

ACKNOWLEDGMENT The authors would like to thank the anonymous reviewers for their useful suggestions and comments.Peer reviewedPublisher PD

Congestion Control for Streaming Media

The Internet has assumed the role of the underlying communication network for applications such as file transfer, electronic mail, Web browsing and multimedia streaming. Multimedia streaming, in particular, is growing with the growth in power and connectivity of today\u27s computers. These Internet applications have a variety of network service requirements and traffic characteristics, which presents new challenges to the single best-effort service of today\u27s Internet. TCP, the de facto Internet transport protocol, has been successful in satisfying the needs of traditional Internet applications, but fails to satisfy the increasingly popular delay sensitive multimedia applications. Streaming applications often use UDP without a proper congestion avoidance mechanisms, threatening the well-being of the Internet. This dissertation presents an IP router traffic management mechanism, referred to as Crimson, that can be seamlessly deployed in the current Internet to protect well-behaving traffic from misbehaving traffic and support Quality of Service (QoS) requirements of delay sensitive multimedia applications as well as traditional Internet applications. In addition, as a means to enhance Internet support for multimedia streaming, this dissertation report presents design and evaluation of a TCP-Friendly and streaming-friendly transport protocol called the Multimedia Transport Protocol (MTP). Through a simulation study this report shows the Crimson network efficiently handles network congestion and minimizes queuing delay while providing affordable fairness protection from misbehaving flows over a wide range of traffic conditions. In addition, our results show that MTP offers streaming performance comparable to that provided by UDP, while doing so under a TCP-Friendly rate

Predictable mapping of streaming applications on multiprocessors

Het ontwerp van nieuwe consumentenelektronica wordt voortdurend complexer omdat er steeds meer functionaliteit in deze apparaten ge¨integreerd wordt. Een voorspelbaar ontwerptraject is nodig om deze complexiteit te beheersen. Het resultaat van dit ontwerptraject zou een systeem moeten zijn, waarin iedere applicatie zijn eigen taken binnen een strikte tijdslimiet kan uitvoeren, onafhankelijk van andere applicaties die hetzelfde systeem gebruiken. Dit vereist dat het tijdsgedrag van de hardware, de software, evenals hun interactie kan worden voorspeld. Er wordt vaak voorgesteld om een heterogeen multi-processor systeem (MPSoC) te gebruiken in moderne elektronische systemen. Een MP-SoC heeft voor veel applicaties een goede verhouding tussen rekenkracht en energiegebruik. Onchip netwerken (NoCs) worden voorgesteld als interconnect in deze systemen. Een NoC is schaalbaar en het biedt garanties wat betreft de hoeveelheid tijd die er nodig is om gegevens te communiceren tussen verschillende processoren en geheugens. Door het NoC te combineren met een voorspelbare strategie om de processoren en geheugens te delen, ontstaat een hardware platform met een voorspelbaar tijdsgedrag. Om een voorspelbaar systeem te verkrijgen moet ook het tijdsgedrag van een applicatie die wordt uitgevoerd op het platform voorspelbaar en analyseerbaar zijn. Het Synchronous Dataflow (SDF) model is erg geschikt voor het modelleren van applicaties die werken met gegevensstromen. Het model kan vele ontwerpbeslissingen modelleren en het is mogelijk om tijdens het ontwerptraject het tijdsgedrag van het systeem te analyseren. Dit proefschrift probeert om applicaties die gemodelleerd zijn met SDF grafen op een zodanige manier af te beelden op een NoC-gebaseerd MP-SoC, dat garanties op het tijdsgedrag van individuele applicaties gegeven kunnen worden. De doorstroomsnelheid van een applicatie is vaak een van de belangrijkste eisen bij het ontwerpen van systemen voor applicaties die werken met gegevensstromen. Deze doorstroomsnelheid wordt in hoge mate be¨invloed door de beschikbare ruimte om resultaten (gegevens) op te slaan. De opslagruimte in een SDF graaf wordt gemodelleerd door de pijlen in de graaf. Het probleem is dat er een vaste grootte voor de opslagruimte aan de pijlen van een SDF graaf moet worden toegewezen. Deze grootte moet zodanig worden gekozen dat de vereiste doorstroomsnelheid van het systeem gehaald wordt, terwijl de benodigde opslagruimte geminimaliseerd wordt. De eerste belangrijkste bijdrage van dit proefschrift is een techniek om de minimale opslagruimte voor iedere mogelijke doorstroomsnelheid van een applicatie te vinden. Ondanks de theoretische complexiteit van dit probleem presteert de techniek in praktijk goed. Doordat de techniek alle mogelijke minimale combinaties van opslagruimte en doorstroomsnelheid vindt, is het mogelijk om met situaties om te gaan waarin nog niet alle ontwerpbeslissingen zijn genomen. De ontwerpbeslissingen om twee taken van een applicatie op ´e´en processor uit te voeren, zou bijvoorbeeld de doorstroomsnelheid kunnen be¨invloeden. Hierdoor is er een onzekerheid in het begin van het ontwerptraject tussen de berekende doorstroomsnelheid en de doorstroomsnelheid die daadwerkelijk gerealiseerd kan worden als alle ontwerpbeslissingen zijn genomen. Tijdens het ontwerptraject moeten de taken waaruit een applicatie is opgebouwd toegewezen worden aan de verschillende processoren en geheugens in het systeem. Indien meerdere taken een processor delen, moet ook de volgorde bepaald worden waarin deze taken worden uitgevoerd. Een belangrijke bijdrage van dit proefschrift is een techniek die deze toewijzing uitvoert en die de volgorde bepaalt waarin taken worden uitgevoerd. Bestaande technieken kunnen alleen omgaan met taken die een ´e´en-op-´e´en relatie met elkaar hebben, dat wil zeggen, taken die een gelijk aantal keren uitgevoerd worden. In een SDF graaf kunnen ook complexere relaties worden uitgedrukt. Deze relaties kunnen omgeschreven worden naar een ´e´en-op-´e´en relatie, maar dat kan leiden tot een exponenti¨ele groei van het aantal taken in de graaf. Hierdoor kan het onmogelijk worden om in een beperkte tijd alle taken aan de processoren toe te wijzen en om de volgorde te bepalen waarin deze taken worden uitgevoerd. De techniek die in dit proefschrift wordt gepresenteerd, kan omgaan met de complexe relaties tussen taken in een SDF graaf zonder de vertaling naar de ´e´en-op-´e´en relaties te maken. Dit is mogelijk dankzij een nieuwe, effici¨ente techniek om de doorstroomsnelheid van SDF grafen te bepalen. Nadat de taken van een applicatie toegewezen zijn aan de processoren in het hardware platform moet de communicatie tussen deze taken op het NoC gepland worden. In deze planning moet voor ieder bericht dat tussen de taken wordt verstuurd, worden bepaald welke route er gebruikt wordt en wanneer de communicatie gestart wordt. Dit proefschrift introduceert drie strategie¨en voor het versturen van berichten met een strikte tijdslimiet. Alle drie de strategie¨en maken maximaal gebruik van de beschikbare vrijheid die moderne NoCs bieden. Experimenten tonen aan dat deze strategie¨en hierdoor effici¨enter omgaan met de beschikbare hardware dan bestaande strategie¨en. Naast deze strategie¨en wordt er een techniek gepresenteerd om uit de ontwerpbeslissingen die gemaakt zijn tijdens het toewijzen van taken aan de processoren alle tijdslimieten af te leiden waarbinnen de berichten over het NoC gecommuniceerd moeten worden. Deze techniek koppelt de eerder genoemde techniek voor het toewijzen van taken aan processoren aan de drie strategie¨en om berichten te versturen over het NoC. Tenslotte worden de verschillende technieken die in dit proefschrift worden ge¨introduceerd gecombineerd tot een compleet ontwerptraject. Het startpunt is een SDF graaf die een applicatie modelleert en een NoC-gebaseerd MP-SoC platform met een voorspelbaar tijdsgedrag. Het doel van het ontwerptraject is het op een zodanige manier afbeelden van de applicatie op het platform dat de doorstroomsnelheid van de applicatie gegarandeerd kan worden. Daarnaast probeert het ontwerptraject de hoeveelheid hardware die gebruikt wordt te minimaliseren. Er wordt een experiment gepresenteerd waarin drie verschillende multimedia applicaties (H.263 encoder/decoder en een MP3 decoder) op een NoCgebaseerd MP-SoC worden afgebeeld. Dit experiment toont aan dat de technieken die in dit proefschrift worden voorgesteld, gebruikt kunnen worden voor het ontwerpen van systemen met een voorspelbaar tijdsgedrag. Hiermee is het voorgestelde ontwerptraject het eerste traject dat een met een SDF-gemodelleerde applicatie op een NoC-gebaseerd MP-SoC kan afbeelden, terwijl er garanties worden gegeven over de doorstroomsnelheid van de applicatie

Virtualization of network I/O on modern operating systems

Network I/O of modern operating systems is incomplete. In this networkage, users and their applications are still unable to control theirown traffic, even on their local host. Network I/O is a sharedresource of a host machine, and traditionally, to address problemswith a shared resource, system research has virtualized the resource.Therefore, it is reasonable to ask if the virtualization can providesolutions to problems in network I/O of modern operating systems, inthe same way as the other components of computer systems, such asmemory and CPU. With the aim of establishing the virtualization ofnetwork I/O as a design principle of operating systems, thisdissertation first presents a virtualization model, hierarchicalvirtualization of network interface. Systematic evaluation illustratesthat the virtualization model possesses desirable properties forvirtualization of network I/O, namely flexible control granularity,resource protection, partitioning of resource consumption, properaccess control and generality as a control model. The implementedprototype exhibits practical performance with expected functionality,and allowed flexible and dynamic network control by users andapplications, unlike existing systems designed solely for systemadministrators. However, because the implementation was hardcoded inkernel source code, the prototype was not perfect in its functionalcoverage and flexibility. Accordingly, this dissertation investigatedhow to decouple OS kernels and packet processing code throughvirtualization, and studied three degrees of code virtualization,namely, limited virtualization, partial virtualization, and completevirtualization. In this process, a novel programming model waspresented, based on embedded Java technology, and the prototypeimplementation exhibited the following characteristics, which aredesirable for network code virtualization. First, users program inJava to carry out safe and simple programming for packetprocessing. Second, anyone, even untrusted applications, can performinjection of packet processing code in the kernel, due to isolation ofcode execution. Third, the prototype implementation empirically provedthat such a virtualization does not jeopardize system performance.These cases illustrate advantages of virtualization, and suggest thatthe hierarchical virtualization of network interfaces can be aneffective solution to problems in network I/O of modern operatingsystems, both in the control model and in implementation

The state of peer-to-peer network simulators

Networking research often relies on simulation in order to test and evaluate new ideas. An important requirement of this process is that results must be reproducible so that other researchers can replicate, validate and extend existing work. We look at the landscape of simulators for research in peer-to-peer (P2P) networks by conducting a survey of a combined total of over 280 papers from before and after 2007 (the year of the last survey in this area), and comment on the large quantity of research using bespoke, closed-source simulators. We propose a set of criteria that P2P simulators should meet, and poll the P2P research community for their agreement. We aim to drive the community towards performing their experiments on simulators that allow for others to validate their results

Feedback-control & queueing theory-based resource management for streaming applications

Recent advances in sensor technologies and instrumentation have led to an extraordinary growth of data sources and streaming applications. A wide variety of devices, from smart phones to dedicated sensors, have the capability of collecting and streaming large amounts of data at unprecedented rates. A number of distinct streaming data models have been proposed. Typical applications for this include smart cites & built environments for instance, where sensor-based infrastructures continue to increase in scale and variety. Understanding how such streaming content can be processed within some time threshold remains a non-trivial and important research topic. We investigate how a cloud-based computational infrastructure can autonomically respond to such streaming content, offering Quality of Service guarantees. We propose an autonomic controller (based on feedback control and queueing theory) to elastically provision virtual machines to meet performance targets associated with a particular data stream. Evaluation is carried out using a federated Cloud-based infrastructure (implemented using CometCloud) – where the allocation of new resources can be based on: (i) differences between sites, i.e. types of resources supported (e.g. GPU vs. CPU only), (ii) cost of execution; (iii) failure rate and likely resilience, etc. In particular, we demonstrate how Little’s Law –a widely used result in queuing theory– can be adapted to support dynamic control in the context of such resource provisioning

Enabling Large-Scale Peer-to-Peer Stored Video Streaming Service with QoS Support

This research aims to enable a large-scale, high-volume, peer-to-peer, stored-video streaming service over the Internet, such as on-line DVD rentals. P2P allows a group of dynamically organized users to cooperatively support content discovery and distribution services without needing to employ a central server. P2P has the potential to overcome the scalability issue associated with client-server based video distribution networks; however, it brings a new set of challenges. This research addresses the following five technical challenges associated with the distribution of streaming video over the P2P network: 1) allow users with limited transmit bandwidth capacity to become contributing sources, 2) support the advertisement and discovery of time-changing and time-bounded video frame availability, 3) Minimize the impact of distribution source losses during video playback, 4) incorporate user mobility information in the selection of distribution sources, and 5) design a streaming network architecture that enables above functionalities.To meet the above requirements, we propose a video distribution network model based on a hybrid architecture between client-server and P2P. In this model, a video is divided into a sequence of small segments and each user executes a scheduling algorithm to determine the order, the timing, and the rate of segment retrievals from other users. The model also employs an advertisement and discovery scheme which incorporates parameters of the scheduling algorithm to allow users to share their life-time of video segment availability information in one advertisement and one query. An accompanying QoS scheme allows reduction in the number of video playback interruptions while one or more distribution sources depart from the service prematurely.The simulation study shows that the proposed model and associated schemes greatly alleviate the bandwidth requirement of the video distribution server, especially when the number of participating users grows large. As much as 90% of load reduction was observed in some experiments when compared to a traditional client-server based video distribution service. A significant reduction is also observed in the number of video presentation interruptions when the proposed QoS scheme is incorporated in the distribution process while certain percentages of distribution sources depart from the service unexpectedly