A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario

Comunicaciones Móviles de Misión Crítica sobre Redes LTE

Mission Critical Communications (MCC) have been typically provided by proprietary radio technologies, but, in the last years, the interest to use commercial-off-the-shelf mobile technologies has increased. In this thesis, we explore the use of LTE to support MCC. We analyse the feasibility of LTE networks employing an experimental platform, PerformNetworks. To do so, we extend the testbed to increase the number of possible scenarios and the tooling available. After exploring the Key Performance Indicators (KPIs) of LTE, we propose different architectures to support the performance and functional requirements demanded by MCC. We have identified latency as one of the KPI to improve, so we have done several proposals to reduce it. These proposals follow the Mobile Edge Computing (MEC) paradigm, locating the services in what we called the fog, close to the base station to avoid the backhaul and transport networks. Our first proposal is the Fog Gateway, which is a MEC solution fully compatible with standard LTE networks that analyses the traffic coming from the base station to decide whether it has to be routed to the fog of processed normally by the SGW. Our second proposal is its natural evolution, the GTP Gateway that requires modifications on the base station. With this proposal, the base station will only transport over GTP the traffic not going to the fog. Both proposals have been validated by providing emulated scenarios, and, in the case of the Fog Gateway, also with the implementation of different prototypes, proving its compatibility with standard LTE network and its performance. The gateways can reduce drastically the end-to-end latency, as they avoid the time consumed by the backhaul and transport networks, with a very low trade-off

Modern Towed Systems: New developments of multipurpose platforms

Towed systems for the inspection of trawl netshave been in use for several decades. Mariscope got into the game with thedevelopment of the Magnus Tow for the German Bundesanstalt für Fischrei inHamburg in 1995. This system used Magnus rotors instead of propellers toposition itself in the trawl net during the trawl. This system was a hybridsince propulsion was used to position the unit at the right place during theoperation within the net. The company has developed a new hybrid system withoutrotors: the Observer III. The first application is a standalone system to beattached inside a trawl net during operation. Here, the position is fixed, butthe system needs to automatically start and stop recording and control thelights and other sensors in order to reduce power consumption.Fil: Haag, Christian. Mariscope Meerestechnik; AlemaniaFil: Dreyschultze, Christian. Mariscope Meerestechnik; AlemaniaFil: González, Raul Alberto Candido. Universidad Nacional del Comahue. Centro de Investigación Aplicada y Transferencia Tecnológica en Recursos Marinos "Almirante Storni". - Provincia de Río Negro. Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca. Centro de Investigación Aplicada y Transferencia Tecnológica en Recursos Marinos "Almirante Storni". Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Centro Nacional Patagónico. Centro de Investigación Aplicada y Transferencia Tecnológica en Recursos Marinos "Almirante Storni"; Argentin

Broadband wireless communication systems for high mobility scenarios

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e Comunicación en Redes Móbiles. 553V01[Resumen] A lo largo de los últimos años el uso de servicios multimedia y, en general, basados en el acceso a información “en la nube”, experimentó un auge sin precedentes. A diferencia respecto del pasado, los usuarios no solamente acceden a los servicios desde una ubicación estática; por contra, navegan libremente entre distintos lugares al tiempo que acceden, desde sus dispositivos móviles, a servicios en la nube. Debido al ritmo de vida actual, el tránsito entre zonas rurales y ciudades también se incrementó de modo notable, al ubicarse la mayor parte de los lugares de trabajo en ciudades o en sus respectivos entornos. Durante los períodos de transporte, cada vez más, los pasajeros emplean sus dispositivos móviles para trabajar, acceder a redes sociales o como dispositivos de entretenimiento. En la actualidad, GSM for Railways (GSM-R) es el sistema de comunicaciones más empleado entre los trenes y el resto de elementos involucrados en la infraestructura ferroviaria. Sin embargo, GSM-R no es adecuado para proporcionar servicios avanzados, tales como el control de piloto automático, así como para sustentar transmisiones de banda ancha a los operadores ferroviarios o proporcionar servicios de valor añadido a los pasajeros. Centrándonos en el mercado de dispositivos de comunicaciones de ámbito general, la explosión de usuarios y servicios multimedia de los últimos años motivó la migración, primero a las redes de tercera generación y, seguidamente, a las de cuarta, con Long Term Evolution (LTE) a la cabeza. Así, parece natural plantear a LTE como la tecnología candidata para la sustitución de GSM-R. En el presente trabajo se lleva a cabo un completo estudio de las prestaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas de banda ancha en vehículos de alta velocidad basado en campañas de medidas llevadas a cabo en entornos reales. Se estudió especialmente el caso de comunicaciones LTE en trenes de alta velocidad. Se proponen técnicas de reducción del coste y complejidad en relación a las evaluaciones en entornos de alta velocidad y se prueba su funcionamiento de modo analítico, mediante simulación y empíricamente. De cara a validar los desarrollos presentados en esta tesis en relación a los últimos avances en materia comunicaciones, se consideraron también las más novedosas propuestas para sistemas de quinta generación, actualmente aún en fase de definición. Es más, se evaluaron, tanto mediante simulación como vía medidas en entornos de alta velocidad, las prestaciones brindadas por las propuestas para sistemas de comunicaciones de quinta generación. El código fuente del GTEC Testbed y del GTEC 5G Simulator está disponible públicamente bajo la licencia GPLv3 en https://bitbucket.org/tomas_bolano/gtec_testbed_public.git.[Resumo] Ao longo dos últimos anos o uso de servizos multimedia e, en xeral, baseados no acceso a información contida “na nube”, experimentou un auxe sen precedentes. A diferencia respecto do pasado, os usuarios non soamente acceden aos servizos dende unha ubicación estática; pola contra, navegan libremente entre distintos lugares ao tempo que acceden, dende os seus dispositivos móbiles, a servizos na nube. Debido ao ritmo de vida actual, o tránsito entre zonas rurais e cidades tamén se incrementou de modo notable, ao ubicarse a maior parte dos lugares de traballo nas cidades ou nas súas respectivas contornas. Durante os períodos de transporte, cada vez máis, os pasaxeiros empregan os seus dispositivos móbiles para traballar, acceder a redes sociais ou como ferramenta de entretemento. O factor común da maior parte dos servizos típicamente empregados é a súa dependencia respecto do acceso á rede. Na actualidade, GSM for Railways (GSM-R), baseado no xa vetusto GSM, é o sistema de comunicacións máis empregado entre os trens e o resto dos elementos involucrados na infraestrutura ferroviaria. Sen embargo, GSM-R non é axeitado para proporcionar servizos avanzados, tales como o control de piloto automático, así como para sustentar transmisións de banda ancha aos operadores ferroviarios ou proporcionar servizos de valor engadido aos pasaxeiros. Botando unha ollada ao mercado de dispositivos de comunicacións de ámbito xeral, a explosión de usuarios e servizos multimedia dos últimos anos motivou a migración, primeiro ás redes de terceira xeración e, seguidamente, ás de cuarta, con Long Term Evolution (LTE) á cabeza. Así, parece natural plantexar LTE como o candidato para a substitución de GSM-R. No presente traballo lévase a cabo un completo estudo das prestacións de sistemas de comunicacións sen fíos de banda ancha en vehículos de alta velocidade baseado en campañas de medidas levadas a cabo en contornas reais de alta velocidade. Estudouse especialmente o caso de comunicacións LTE en trens de alta velocidade. Propóñense técnicas de redución de custo e complexidade en relación ás avaliacións en contornas de alta velocidade e valídase o seu funcionamento de xeito analítico, mediante simulación e empíricamente. Os desenvolvementos presentados nesta tese foron validados para os sistemas de quinta xeración, aínda en fase de definición. Avaliáronse, mediante simulación e experimentalmente en contornas de alta velocidade, as prestacións brindadas polas propostas para sistemas de comunicacións de quinta xeración. O código fonte do GTEC Testbed e do GTEC 5G Simulator está dispoñible públicamente baixo a licenza GPLv3 en https://bitbucket.org/tomas_bolano/gtec_testbed_public.git.[Abstract] Over the last few years multimedia and data-based services experienced a non-stopping growth. Unlike before, people do not use the services only from a static location, but they are continuously on the move between different scenarios, using their mobile devices to access data-based services. In parallel, commuter traffic from rural areas is also rising, since most of work places are in and around cities. During transportation, people intensively employ mobile devices to work, access to social networks, or as an entertainment means. Internet access is required for most of these services. Currently, GSM for Railways (GSM-R), which is based on the Global System for Mobile Communications (GSM), is the most widely used communication system between trains and the elements involved in operation, control, and intercommunication within the railway infrastructure. However, GSM-R is not well suited for supporting advanced services such as automatic pilot applications or provisioning broadband services to the train staff and passengers. Besides trains, the increasing number of broadband services available for mobile devices motivated the migration from third-generation mobile networks to fourth generation ones, mainly Long Term Evolution (LTE). Therefore, LTE seems to be a good candidate to substitute the GSM as the fundamental technology for railway communications. In this work a complete study on the performance of high capacity broadband wireless communication systems for high speed vehicles is presented, based on measurement campaigns in actual high speed environments. Special attention is devoted to the case of LTE in high speed trains. Techniques to greatly reduce the cost and complexity of measurement-based evaluations in high speed scenarios are proposed and proven to work analytically, by means of simulations and by measurements in actual high speed environments. With the aim of checking the validity of the findings of this work for the latest advances in wireless communication systems, proposals for fifth generation (5G) communication systems, currently still under definition, were also considered. Moreover, the performance of the proposals for 5G communication systems was also evaluated by means of simulations as well as by measuring in high speed environments. The source code of both the GTEC Testbed and the GTEC 5G Simulator is publicly available under the GPLv3 license at https://bitbucket.org/tomas_bolano/gtec_testbed_public.git

Contributions to Vehicular Communications Systems and Schemes

La dernière décennie a marqué une grande hausse des applications véhiculaires comme une nouvelle source de revenus et un facteur de distinction dans l'industrie des véhicules. Ces applications véhiculaires sont classées en deux groupes : les applications de sécurité et les applications d'info divertissement. Le premier groupe inclue le changement intelligent de voie, l'avertissement de dangers de routes et la prévention coopérative de collision qui comprend la vidéo sur demande (VoD), la diffusion en direct, la diffusion de météo et de nouvelles et les jeux interactifs. Cependant, Il est à noter que d'une part, les applications véhiculaires d'info divertissement nécessitent une bande passante élevée et une latence relativement faible ; D'autre part, les applications de sécurité requièrent exigent un délai de bout en bout très bas et un canal de communication fiable pour la livraison des messages d'urgence. Pour satisfaire le besoin en applications efficaces, les fabricants de véhicules ainsi que la communauté académique ont introduit plusieurs applications à l’intérieur de véhicule et entre véhicule et véhicule (V2V). Sauf que, l'infrastructure du réseau sans fil n'a pas été conçue pour gérer les applications de véhicules, en raison de la haute mobilité des véhicules, de l'imprévisibilité du comportement des conducteurs et des modèles de trafic dynamiques. La relève est l'un des principaux défis des réseaux de véhicules, car la haute mobilité exige au réseau sans fil de faire la relève en un très court temps. De plus, l'imprévisibilité du comportement du conducteur cause l'échec des protocoles proactifs traditionnels de relève, car la prédiction du prochain routeur peut changer en fonction de la décision du conducteur. Aussi, le réseau de véhicules peut subir une mauvaise qualité de service dans les régions de relève en raison d'obstacles naturels, de véhicules de grande taille ou de mauvaises conditions météorologiques. Cette thèse se concentre sur la relève dans l'environnement des véhicules et son effet sur les applications véhiculaires. Nous proposons des solutions pratiques pour les réseaux actuellement déployés, principalement les réseaux LTE, l'infrastructure véhicule à véhicule (V2V) ainsi que les outils efficaces d’émulateurs de relèves dans les réseaux véhiculaires.----------ABSTRACT: The last decade marked the rise of vehicular applications as a new source of revenue and a key differentiator in the vehicular industry. Vehicular Applications are classified into safety and infotainment applications. The former include smart lane change, road hazard warning, and cooperative collision avoidance; however, the latter include Video on Demand (VoD), live streaming, weather and news broadcast, and interactive games. On one hand, infotainment vehicular applications require high bandwidth and relatively low latency; on the other hand, safety applications requires a very low end to end delay and a reliable communication channel to deliver emergency messages. To satisfy the thirst for practical applications, vehicle manufacturers along with research institutes introduced several in-vehicle and Vehicle to Vehicle (V2V) applications. However, the wireless network infrastructure was not designed to handle vehicular applications, due to the high mobility of vehicles, unpredictability of drivers’ behavior, and dynamic traffic patterns. Handoff is one of the main challenges of vehicular networks since the high mobility puts pressure on the wireless network to finish the handoff within a short period. Moreover, the unpredictability of driver behavior causes the traditional proactive handoff protocols to fail, since the prediction of the next router may change based on the driver’s decision. Moreover, the vehicular network may suffer from bad Quality of Service (QoS) in the regions of handoff due to natural obstacles, large vehicles, or weather conditions. This thesis focuses on the handoff on the vehicular environment and its effect on the vehicular applications. We consider practical solutions for the currently deployed networks mainly Long Term Evolution (LTE) networks, the Vehicle to Vehicle (V2V) infrastructure, and the tools that can be used effectively to emulate handoff on the vehicular networks

Novel Resource and Energy Management for 5G Integrated Backhaul/Fronthaul (5G-Crosshaul)

The integration of both fronthaul and backhaul into a single transport network (namely, 5G-Crosshaul) is envisioned for the future 5G transport networks. This requires a fully integrated and unified management of the fronthaul and backhaul resources in a cost-efficient, scalable and flexible way through the deployment of an SDN/NFV control framework. This paper presents the designed 5G-Crosshaul architecture, two selected SDN/NFV applications targeting for cost-efficient resource and energy usage: the Resource Management Application (RMA) and the Energy Management and Monitoring Application (EMMA). The former manages 5G-Crosshaul resources (network, computing and storage resources). The latter is a special version of RMA with the focus on the objectives of optimizing the energy consumption and minimizing the energy footprint of the 5G-Crosshaul infrastructure. Besides, EMMA is applied to the mmWave mesh network and the high speed train scenarios. In particular, we present the key application design with their main components and the interactions with each other and with the control plane, and then we present the proposed application optimization algorithms along with initial results. The first results demonstrate that the proposed RMA is able to cost-efficiently utilize the Crosshaul resources of heterogeneous technologies, while EMMA can achieve significant energy savings through energy-efficient routing of traffic flows. For experiments in real system, we also set up Proof of Concepts (PoCs) for both applications in order to perform real trials in the field.© 2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works

State of the Art, Trends and Future of Bluetooth Low Energy, Near Field Communication and Visible Light Communication in the Development of Smart Cities

The current social impact of new technologies has produced major changes in all areas of society, creating the concept of a smart city supported by an electronic infrastructure, telecommunications and information technology. This paper presents a review of Bluetooth Low Energy (BLE), Near Field Communication (NFC) and Visible Light Communication (VLC) and their use and influence within different areas of the development of the smart city. The document also presents a review of Big Data Solutions for the management of information and the extraction of knowledge in an environment where things are connected by an “Internet of Things” (IoT) network. Lastly, we present how these technologies can be combined together to benefit the development of the smart city