Transport Architectures for an Evolving Internet

In the Internet architecture, transport protocols are the glue between an application’s needs and the network’s abilities. But as the Internet has evolved over the last 30 years, the implicit assumptions of these protocols have held less and less well. This can cause poor performance on newer networks—cellular networks, datacenters—and makes it challenging to roll out networking technologies that break markedly with the past. Working with collaborators at MIT, I have built two systems that explore an objective-driven, computer-generated approach to protocol design. My thesis is that making protocols a function of stated assumptions and objectives can improve application performance and free network technologies to evolve. Sprout, a transport protocol designed for videoconferencing over cellular networks, uses probabilistic inference to forecast network congestion in advance. On commercial cellular networks, Sprout gives 2-to-4 times the throughput and 7-to-9 times less delay than Skype, Apple Facetime, and Google Hangouts. This work led to Remy, a tool that programmatically generates protocols for an uncertain multi-agent network. Remy’s computer-generated algorithms can achieve higher performance and greater fairness than some sophisticated human-designed schemes, including ones that put intelligence inside the network. The Remy tool can then be used to probe the difficulty of the congestion control problem itself—how easy is it to “learn” a network protocol to achieve desired goals, given a necessarily imperfect model of the networks where it ultimately will be deployed? We found weak evidence of a tradeoff between the breadth of the operating range of a computer-generated protocol and its performance, but also that a single computer-generated protocol was able to outperform existing schemes over a thousand-fold range of link rates

Optimization and Performance Analysis of High Speed Mobile Access Networks

The end-to-end performance evaluation of high speed broadband mobile access networks is the main focus of this work. Novel transport network adaptive flow control and enhanced congestion control algorithms are proposed, implemented, tested and validated using a comprehensive High speed packet Access (HSPA) system simulator. The simulation analysis confirms that the aforementioned algorithms are able to provide reliable and guaranteed services for both network operators and end users cost-effectively. Further, two novel analytical models one for congestion control and the other for the combined flow control and congestion control which are based on Markov chains are designed and developed to perform the aforementioned analysis efficiently compared to time consuming detailed system simulations. In addition, the effects of the Long Term Evolution (LTE) transport network (S1and X2 interfaces) on the end user performance are investigated and analysed by introducing a novel comprehensive MAC scheduling scheme and a novel transport service differentiation model

A flexible medium access control framework for multimedia application support in wireless ATM

Includes bibliographical references.The field of wireless communications has seen phenomenal development over the last decade. With the current abundance of applications that use broadband multimedia over wired networks it is logical that users will want to have access to these same multimedia streams [rom a mobile terminal. Wireless solutions for connectivity to networks such as Ethernet networks already exist, however, a method of supporting access to an ATM network from a mobile terminal has not yet been standardised. Transporting ATM data over the wireless medium poses a number of problems. The Medium Access Control (MAC) layer of any proposed wireless ATM network would be responsible for resolving many of these problems. Unfortunately, research into MAC layers is hampered by the fact that most existing MAC layers cannot be modified in order to experiment with the effectiveness of the many MAC protocol techniques that exist

Final report on the evaluation of RRM/CRRM algorithms

Deliverable public del projecte EVERESTThis deliverable provides a definition and a complete evaluation of the RRM/CRRM algorithms selected in D11 and D15, and evolved and refined on an iterative process. The evaluation will be carried out by means of simulations using the simulators provided at D07, and D14.Preprin

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

3D multiple description coding for error resilience over wireless networks

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.Mobile communications has gained a growing interest from both customers and service providers alike in the last 1-2 decades. Visual information is used in many application domains such as remote health care, video –on demand, broadcasting, video surveillance etc. In order to enhance the visual effects of digital video content, the depth perception needs to be provided with the actual visual content. 3D video has earned a significant interest from the research community in recent years, due to the tremendous impact it leaves on viewers and its enhancement of the user’s quality of experience (QoE). In the near future, 3D video is likely to be used in most video applications, as it offers a greater sense of immersion and perceptual experience. When 3D video is compressed and transmitted over error prone channels, the associated packet loss leads to visual quality degradation. When a picture is lost or corrupted so severely that the concealment result is not acceptable, the receiver typically pauses video playback and waits for the next INTRA picture to resume decoding. Error propagation caused by employing predictive coding may degrade the video quality severely. There are several ways used to mitigate the effects of such transmission errors. One widely used technique in International Video Coding Standards is error resilience. The motivation behind this research work is that, existing schemes for 2D colour video compression such as MPEG, JPEG and H.263 cannot be applied to 3D video content. 3D video signals contain depth as well as colour information and are bandwidth demanding, as they require the transmission of multiple high-bandwidth 3D video streams. On the other hand, the capacity of wireless channels is limited and wireless links are prone to various types of errors caused by noise, interference, fading, handoff, error burst and network congestion. Given the maximum bit rate budget to represent the 3D scene, optimal bit-rate allocation between texture and depth information rendering distortion/losses should be minimised. To mitigate the effect of these errors on the perceptual 3D video quality, error resilience video coding needs to be investigated further to offer better quality of experience (QoE) to end users. This research work aims at enhancing the error resilience capability of compressed 3D video, when transmitted over mobile channels, using Multiple Description Coding (MDC) in order to improve better user’s quality of experience (QoE). Furthermore, this thesis examines the sensitivity of the human visual system (HVS) when employed to view 3D video scenes. The approach used in this study is to use subjective testing in order to rate people’s perception of 3D video under error free and error prone conditions through the use of a carefully designed bespoke questionnaire.Petroleum Technology Development Fund (PTDF

Security-centric analysis and performance investigation of IEEE 802.16 WiMAX

fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed

Quality of service differentiation for multimedia delivery in wireless LANs

Delivering multimedia content to heterogeneous devices over a variable networking environment while maintaining high quality levels involves many technical challenges. The research reported in this thesis presents a solution for Quality of Service (QoS)-based service differentiation when delivering multimedia content over the wireless LANs. This thesis has three major contributions outlined below: 1. A Model-based Bandwidth Estimation algorithm (MBE), which estimates the available bandwidth based on novel TCP and UDP throughput models over IEEE 802.11 WLANs. MBE has been modelled, implemented, and tested through simulations and real life testing. In comparison with other bandwidth estimation techniques, MBE shows better performance in terms of error rate, overhead, and loss. 2. An intelligent Prioritized Adaptive Scheme (iPAS), which provides QoS service differentiation for multimedia delivery in wireless networks. iPAS assigns dynamic priorities to various streams and determines their bandwidth share by employing a probabilistic approach-which makes use of stereotypes. The total bandwidth to be allocated is estimated using MBE. The priority level of individual stream is variable and dependent on stream-related characteristics and delivery QoS parameters. iPAS can be deployed seamlessly over the original IEEE 802.11 protocols and can be included in the IEEE 802.21 framework in order to optimize the control signal communication. iPAS has been modelled, implemented, and evaluated via simulations. The results demonstrate that iPAS achieves better performance than the equal channel access mechanism over IEEE 802.11 DCF and a service differentiation scheme on top of IEEE 802.11e EDCA, in terms of fairness, throughput, delay, loss, and estimated PSNR. Additionally, both objective and subjective video quality assessment have been performed using a prototype system. 3. A QoS-based Downlink/Uplink Fairness Scheme, which uses the stereotypes-based structure to balance the QoS parameters (i.e. throughput, delay, and loss) between downlink and uplink VoIP traffic. The proposed scheme has been modelled and tested through simulations. The results show that, in comparison with other downlink/uplink fairness-oriented solutions, the proposed scheme performs better in terms of VoIP capacity and fairness level between downlink and uplink traffic

Design and analysis of scheduling algorithms for next generation broadband wireless access systems

Efficient utilization of network resources is a key goal for emerging Broadband Wireless Access Systems (BWAS). This is a complex goal to achieve due to the heterogeneous service nature and diverse Quality of Service (QoS) requirements of various applications that BWAS support. Packet scheduling is an important activity that affects BWAS QoS outcomes. This thesis proposes a new packet scheduling mechanism that improves QoS in mobile wireless networks which exploit IP as a transport technology for data transfer between BWAS base stations and mobile users at the radio transmission layer. In order to improve BWAS QoS the new packet algorithm makes changes at both the IP and the radio layers. The new packet scheduling algorithm exploits handoff priority scheduling principles and takes into account buffer occupancy and channel conditions. The packet scheduling mechanism also incorporates the concept of fairness. The algorithm also offers an opportunity to maximize the carriers’ revenue at various traffic situations. Performance results were obtained by computer simulation and compared to the well-known algorithms. Results show that by exploiting the new packet scheduling algorithm, the transport system is able to provide a low handoff packet drop rate, low packet forwarding rate, low packet delay, ensure fairness amongst the users of different services and generates higher revenue for the telecom carriers. Furthermore this research proposes a new and novel measure named “satisfaction factor to measure the efficacy of various scheduling schemes and finally this s research also proposes four performance measurements metric for NodeB’s of Next Generation Wireless Network