Topology overlays for dedicated protection Ethernet LAN services in advanced SONET/SDH networks

The explosion of information technology (IT) services coupled with much-increased personal and scientific computing capabilities has resulted in great demand for more scalable and reliable networking services. Along these lines, carriers have spent large sums to transition their legacy\u27 SONET/SDH voice-based networking infrastructures to better support client-side Ethernet data interfaces, i.e., next-generation SONET/SDH (NGS). In particular, a key addition here has been the new virtual concatenation (VCAT) feature which supports inverse multiplexing to \u27split\u27 larger connection requests in to a series of independently-routed \u27sub-connections\u27. As these improved infrastructures have been deployed, the design of new Ethernet over SONET/SDH (EoS) services has become a key focus area for carriers, i.e., including point-to-point and multi-point services. In light of the above, this thesis focuses on the study of improved multi-point EoS schemes in NGS networks, i.e., to provision robust \u27virtual LAN\u27 capabilities over metro and wide-area domains. Indeed, as services demands grow, survivability considerations are becoming a key concern. Along these lines, the proposed solution develops novel multi-tiered (partial) protection strategies. Specifically, graph-theoretic algorithms are first proposed to interconnect multi-point node groups using bus and minimum spanning tree (MST) overlays. Next, advanced multi-path routing schemes are used to provision and protect these individual overlay connections using the inverse-multiplexing capabilities of NGS. Finally, post-fault restoration features are also added to handle expanded failure conditions, e.g., multiple failures. The performances of the proposed multi-point EoS algorithms developed in this research are gauged using advanced software-based simulation in the OPNET ModelerTM environment. The findings indicate that both the bus and MST overlays give very good performance in terms of request blocking and carried load. However, the MST-based overlays slightly outperform the bus-based overlays as they allow more efficient topology designs. In addition, the incorporation of dynamic load state information in the selection of bus and/or MST overlays is also very beneficial as opposed to just using static hop count state. Furthermore, inverse-multiplexing is highly-effective, yielding notably higher carried loads when coupled with load-balancing sub-connection routing. Finally, results also show that post-fault restoration is also a very effective means of boosting EoS LAN throughputs for partially-protected demands, consistently matching the reliability of full-protection setups.\u2

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Economic issues in distributed computing

textOn the Internet, one of the essential characteristics of electronic commerce is the integration of large-scale computer networks and business practices. Commercial servers are connected through open and complex communication technologies, and online consumers access the services with virtually unpredictable behavior. Both of them as well as the e-Commerce infrastructure are vulnerable to cyber attacks. Among the various network security problems, the Distributed Denial-of-Service (DDoS) attack is a unique example to illustrate the risk of commercial network applications. Using a massive junk traffic, literally anyone on the Internet can launch a DDoS attack to flood and shutdown an eCommerce website. Cooperative technological solutions for Distributed Denial-of-Service (DDoS) attacks are already available, yet organizations in the best position to implement them lack incentive to do so, and the victims of DDoS attacks cannot find effective methods to motivate the organizations. Chapter 1 discusses two components of the technological solutions to DDoS attacks: cooperative filtering and cooperative traffic smoothing by caching, and then analyzes the broken incentive chain in each of these technological solutions. As a remedy, I propose usage-based pricing and Capacity Provision Networks, which enable victims to disseminate enough incentive along attack paths to stimulate cooperation against DDoS attacks. Chapter 2 addresses possible Distributed Denial-of-Service (DDoS) attacks toward the wireless Internet including the Wireless Extended Internet, the Wireless Portal Network, and the Wireless Ad Hoc network. I propose a conceptual model for defending against DDoS attacks on the wireless Internet, which incorporates both cooperative technological solutions and economic incentive mechanisms built on usage-based fees. Cost-effectiveness is also addressed through an illustrative implementation scheme using Policy Based Networking (PBN). By investigating both technological and economic difficulties in defense of DDoS attacks which have plagued the wired Internet, our aim here is to foster further development of wireless Internet infrastructure as a more secure and efficient platform for mobile commerce. To avoid centralized resources and performance bottlenecks, online peer-to-peer communities and online social network have become increasingly popular. In particular, the recent boost of online peer-to-peer communities has led to exponential growth in sharing of user-contributed content which has brought profound changes to business and economic practices. Understanding the dynamics and sustainability of such peer-to-peer communities has important implications for business managers. In Chapter 3, I explore the structure of online sharing communities from a dynamic process perspective. I build an evolutionary game model to capture the dynamics of online peer-to-peer communities. Using online music sharing data collected from one of the IRC Channels for over five years, I empirically investigate the model which underlies the dynamics of the music sharing community. Our empirical results show strong support for the evolutionary process of the community. I find that the two major parties in the community, namely sharers and downloaders, are influencing each other in their dynamics of evolvement in the community. These dynamics reveal the mechanism through which peer-to-peer communities sustain and thrive in a constant changing environment.Information, Risk, and Operations Management (IROM

The Case for Liberal Spectrum Licenses: A Technical and Economic Perspective

The traditional system of radio spectrum allocation has inefficiently restricted wireless services. Alternatively, liberal licenses ceding de facto spectrum ownership rights yield incentives for operators to maximize airwave value. These authorizations have been widely used for mobile services in the U.S. and internationally, leading to the development of highly productive services and waves of innovation in technology, applications and business models. Serious challenges to the efficacy of such a spectrum regime have arisen, however. Seeing the widespread adoption of such devices as cordless phones and wi-fi radios using bands set aside for unlicensed use, some scholars and policy makers posit that spectrum sharing technologies have become cheap and easy to deploy, mitigating airwave scarcity and, therefore, the utility of exclusive rights. This paper evaluates such claims technically and economically. We demonstrate that spectrum scarcity is alive and well. Costly conflicts over airwave use not only continue, but have intensified with scientific advances that dramatically improve the functionality of wireless devices and so increase demand for spectrum access. Exclusive ownership rights help direct spectrum inputs to where they deliver the highest social gains, making exclusive property rules relatively more socially valuable. Liberal licenses efficiently accommodate rival business models (including those commonly associated with unlicensed spectrum allocations) while mitigating the constraints levied on spectrum use by regulators imposing restrictions in traditional licenses or via use rules and technology standards in unlicensed spectrum allocations.

Quantifying Potential Energy Efficiency Gain in Green Cellular Wireless Networks

Conventional cellular wireless networks were designed with the purpose of providing high throughput for the user and high capacity for the service provider, without any provisions of energy efficiency. As a result, these networks have an enormous Carbon footprint. In this paper, we describe the sources of the inefficiencies in such networks. First we present results of the studies on how much Carbon footprint such networks generate. We also discuss how much more mobile traffic is expected to increase so that this Carbon footprint will even increase tremendously more. We then discuss specific sources of inefficiency and potential sources of improvement at the physical layer as well as at higher layers of the communication protocol hierarchy. In particular, considering that most of the energy inefficiency in cellular wireless networks is at the base stations, we discuss multi-tier networks and point to the potential of exploiting mobility patterns in order to use base station energy judiciously. We then investigate potential methods to reduce this inefficiency and quantify their individual contributions. By a consideration of the combination of all potential gains, we conclude that an improvement in energy consumption in cellular wireless networks by two orders of magnitude, or even more, is possible.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:1210.843

Progressive introduction of network softwarization in operational telecom networks: advances at architectural, service and transport levels

Technological paradigms such as Software Defined Networking, Network Function Virtualization and Network Slicing are altogether offering new ways of providing services. This process is widely known as Network Softwarization, where traditional operational networks adopt capabilities and mechanisms inherit form the computing world, such as programmability, virtualization and multi-tenancy. This adoption brings a number of challenges, both from the technological and operational perspectives. On the other hand, they provide an unprecedented flexibility opening opportunities to developing new services and new ways of exploiting and consuming telecom networks. This Thesis first overviews the implications of the progressive introduction of network softwarization in operational networks for later on detail some advances at different levels, namely architectural, service and transport levels. It is done through specific exemplary use cases and evolution scenarios, with the goal of illustrating both new possibilities and existing gaps for the ongoing transition towards an advanced future mode of operation. This is performed from the perspective of a telecom operator, paying special attention on how to integrate all these paradigms into operational networks for assisting on their evolution targeting new, more sophisticated service demands.Programa de Doctorado en Ingeniería Telemática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Eduardo Juan Jacob Taquet.- Secretario: Francisco Valera Pintor.- Vocal: Jorge López Vizcaín

Enforcement in Dynamic Spectrum Access Systems

The spectrum access rights granted by the Federal government to spectrum users come with the expectation of protection from harmful interference. As a consequence of the growth of wireless demand and services of all types, technical progress enabling smart agile radio networks, and on-going spectrum management reform, there is both a need and opportunity to use and share spectrum more intensively and dynamically. A key element of any framework for managing harmful interference is the mechanism for enforcement of those rights. Since the rights to use spectrum and to protection from harmful interference vary by band (licensed/unlicensed, legacy/newly reformed) and type of use/users (primary/secondary, overlay/underlay), it is reasonable to expect that the enforcement mechanisms may need to vary as well.\ud \ud In this paper, we present a taxonomy for evaluating alternative mechanisms for enforcing interference protection for spectrum usage rights, with special attention to the potential changes that may be expected from wider deployment of Dynamic Spectrum Access (DSA) systems. Our exploration of how the design of the enforcement regime interacts with and influences the incentives of radio operators under different rights regimes and market scenarios is intended to assist in refining thinking about appropriate access rights regimes and how best to incentivize investment and growth in more efficient and valuable uses of the radio frequency spectrum