Distributed mobility management for a flat architecture in 5G mobile networks: solutions, analysis and experimental validation

In the last years, the commercial deployment of data services in mobile networks has been evolving quickly, providing enhanced radio access technologies and more efficient network architectures. Nowadays, mobile users enjoy broadband and ubiquitous wireless access through their portable devices, like smartphones and tablets, exploiting the connectivity offered by the modern 4G network. Nevertheless, the technological evolution keeps moving towards the development of next generation networks, or 5G, aiming at further improving the current system in order to cope with the huge data traffic growth foreseen in the future years. One of the possible research guidelines aims at innovating the mobile networks architecture by designing a flat system. Indeed, current systems are built upon a centralized and hierarchical structure, where multiple access networks are connected to a central core hosting crucial network functions, e.g., charging, control and maintenance, as well as mobility management, which is the main topic of this thesis. In such a central mobility management system, users’ traffic is aggregated at some key nodes in the core, called mobility anchors. Thus, an anchor can easily handle user’s mobility by redirecting traffic flows to his/her location, but i) it poses scalability issues, ii) it represents a single point of failure, and iii) the routing path is in general suboptimal. These problems can be overcome moving to a flat architecture, adopting a Distributed Mobility Management (DMM) system, where the centralized anchor is removed. This thesis develops within the DMM framework, presenting the design, analysis, implementation and experimental validation of several DMM protocols. In this work we describe original protocols for client-based and network-based mobility management, as well as a hybrid solution. We study analytically our solutions to evaluate their signaling cost, the packet delivery cost, and the latency introduced to handle a handover event. Finally, we assess the validity of some of our protocols with experiments run over a network prototype built in our lab implementing such solutions.El despliegue comercial de los servicios de datos en las redes móviles ha evolucionado rápidamente en los últimos años, proporcionando tecnologías de acceso radio más avanzadas y arquitecturas de red más eficientes. Los usuarios ya pueden disfrutar de los servicios de banda ancha desde sus dispositivos móviles, como smartphones y tablets, aprovechando la conectividad de las modernas redes 4G. Sin embargo, la evolución tecnológica sigue trazando su camino hasta el desarrollo de las redes de próxima generación, o 5G, en previsión del enorme aumento del tráfico de los años futuros. Una de las innovaciones bajo estudio aborda la arquitectura de las redes móviles, con el objetivo de diseñar un sistema plano. Efectivamente, el sistema actual se basa en una estructura centralizada y jerárquica, en la cual múltiples redes de acceso se conectan al núcleo central, dónde residen funciones cruciales para el control de la red y facturación, así como la gestión de la movilidad, que es el tema central de esta tesis. En un sistema con gestión centralizada de la movilidad, se agregan los flujos de tráfico en algunos nodos claves situados en el núcleo de la red, llamados anclas de movilidad. De este modo, un ancla puede fácilmente redirigir los flujos al lugar donde se halla el usuario, pero i) supone problemas de escalabilidad, ii) representa un punto único de fallo, y iii) el encaminamiento es en general sub-óptimo. Estos problemas se pueden resolver pasando a una arquitectura plana, cambiándose a un sistema de gestión distribuida de la movilidad (Distributed Mobility Management – DMM), donde no hay anclas centralizadas. Esta tesis se desarrolla dentro el marco propuesto por DMM, presentando el diseño, el análisis, la implementación y la validación experimental de varios protocolos de movilidad distribuida. Se describen soluciones basadas en el cliente y en la red, así como una solución híbrida. El funcionamiento de las soluciones ha sido estudiado analíticamente, para evaluar los costes de señalización, el coste del transporte de los paquetes y la latencia para gestionar el traspaso de los usuarios de una red a otra. Finalmente, la validez de los protocolos ha sido demostrada con experimentos sobre un prototipo donde se implementan algunas de las soluciones utilizando el equipamiento de nuestro laboratorio.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería TelemáticaPresidente: Arturo Azcorra Saloña.- Secretario: Ramón Agüero Calvo.- Vocal: Jouni Korhone

Systematic Approaches for Telemedicine and Data Coordination for COVID-19 in Baja California, Mexico

Conference proceedings info: ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologies Raleigh, HI, United States, March 24-26, 2023 Pages 529-542We provide a model for systematic implementation of telemedicine within a large evaluation center for COVID-19 in the area of Baja California, Mexico. Our model is based on human-centric design factors and cross disciplinary collaborations for scalable data-driven enablement of smartphone, cellular, and video Teleconsul-tation technologies to link hospitals, clinics, and emergency medical services for point-of-care assessments of COVID testing, and for subsequent treatment and quar-antine decisions. A multidisciplinary team was rapidly created, in cooperation with different institutions, including: the Autonomous University of Baja California, the Ministry of Health, the Command, Communication and Computer Control Center of the Ministry of the State of Baja California (C4), Colleges of Medicine, and the College of Psychologists. Our objective is to provide information to the public and to evaluate COVID-19 in real time and to track, regional, municipal, and state-wide data in real time that informs supply chains and resource allocation with the anticipation of a surge in COVID-19 cases. RESUMEN Proporcionamos un modelo para la implementación sistemática de la telemedicina dentro de un gran centro de evaluación de COVID-19 en el área de Baja California, México. Nuestro modelo se basa en factores de diseño centrados en el ser humano y colaboraciones interdisciplinarias para la habilitación escalable basada en datos de tecnologías de teleconsulta de teléfonos inteligentes, celulares y video para vincular hospitales, clínicas y servicios médicos de emergencia para evaluaciones de COVID en el punto de atención. pruebas, y para el tratamiento posterior y decisiones de cuarentena. Rápidamente se creó un equipo multidisciplinario, en cooperación con diferentes instituciones, entre ellas: la Universidad Autónoma de Baja California, la Secretaría de Salud, el Centro de Comando, Comunicaciones y Control Informático. de la Secretaría del Estado de Baja California (C4), Facultades de Medicina y Colegio de Psicólogos. Nuestro objetivo es proporcionar información al público y evaluar COVID-19 en tiempo real y rastrear datos regionales, municipales y estatales en tiempo real que informan las cadenas de suministro y la asignación de recursos con la anticipación de un aumento de COVID-19. 19 casos.ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologieshttps://doi.org/10.1007/978-981-99-3236-