SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS

A finales de los años noventa, y al comienzo del nuevo milenio, las redes inalámbricas han evolucionado bastante, pasando de ser sólo una tecnología prometedora para convertirse en un requisito para las actividades cotidianas en las sociedades desarrolladas. La infraestructura de transporte también ha evolucionado, ofreciendo comunicación a bordo para mejorar la seguridad vial y el acceso a contenidos de información y entretenimiento. Los requisitos de los usuarios finales se han hecho dependientes de la tecnología, lo que significa que sus necesidades de conectividad han aumentado debido a los diversos requisitos de las aplicaciones que se ejecutan en sus dispositivos móviles, tales como tabletas, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o incluso ordenadores de abordo (On-Board Units (OBUs)) dentro de los vehículos. Para cumplir con dichos requisitos de conectividad, y teniendo en cuenta las diferentes redes inalámbricas disponibles, es necesario adoptar técnicas de Vertical Handover (VHO) para cambiar de red de forma transparente y sin necesidad de intervención del usuario. El objetivo de esta tesis es desarrollar algoritmos de decisión (Vertical Handover Decision Algorithms (VHDAs)) eficientes y escalables, optimizados para el contexto de las redes vehiculares. En ese sentido se ha propuesto, desarrollado y probado diferentes algoritmos de decisión basados en la infraestructura disponible en las actuales, y probablemente en las futuras, redes inalámbricas y redes vehiculares. Para ello se han combinado diferentes técnicas, métodos computacionales y modelos matemáticos, con el fin de garantizar una conectividad apropiada, y realizando el handover hacia las redes más adecuadas de manera a cumplir tanto con los requisitos de los usuarios como los requisitos de las aplicaciones. Con el fin de evaluar el contexto, se han utilizado diferentes herramientas para obtener información variada, como la disponibilidad de la red, el estado de la red, la geolocalizaciónMárquez Barja, JM. (2012). SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17869Palanci

Seamless multimedia delivery within a heterogeneous wireless networks environment: are we there yet?

The increasing popularity of live video streaming from mobile devices such as Facebook Live, Instagram Stories, Snapchat, etc. pressurises the network operators to increase the capacity of their networks. However, a simple increase in system capacity will not be enough without considering the provisioning of Quality of Experience (QoE) as the basis for network control, customer loyalty and retention rate and thus increase in network operators revenue. As QoE is gaining strong momentum especially with increasing users’ quality expectations, the focus is now on proposing innovative solutions to enable QoE when delivering video content over heterogeneous wireless networks. In this context, this paper presents an overview of multimedia delivery solutions, identifies the problems and provides a comprehensive classification of related state-of-the-art approaches following three key directions: adaptation, energy efficiency and multipath content delivery. Discussions, challenges and open issues on the seamless multimedia provisioning faced by the current and next generation of wireless networks are also provided

Seamless Multimedia Delivery Within a Heterogeneous Wireless Networks Environment: Are We There Yet?

The increasing popularity of live video streaming from mobile devices, such as Facebook Live, Instagram Stories, Snapchat, etc. pressurizes the network operators to increase the capacity of their networks. However, a simple increase in system capacity will not be enough without considering the provisioning of quality of experience (QoE) as the basis for network control, customer loyalty, and retention rate and thus increase in network operators revenue. As QoE is gaining strong momentum especially with increasing users' quality expectations, the focus is now on proposing innovative solutions to enable QoE when delivering video content over heterogeneous wireless networks. In this context, this paper presents an overview of multimedia delivery solutions, identifies the problems and provides a comprehensive classification of related state-of-the-art approaches following three key directions: 1) adaptation; 2) energy efficiency; and 3) multipath content delivery. Discussions, challenges, and open issues on the seamless multimedia provisioning faced by the current and next generation of wireless networks are also provided

Context-awareness for ubiquitous media service delivery in next generation networks

Les récentes avancées technologiques permettent désormais la fabrication de terminaux mobiles de plus en plus compacts et dotés de plusieurs interfaces réseaux. Le nouveau modèle de consommation de médias se résume par le concept "Anytime, Anywhere, Any Device" et impose donc de nouvelles exigences en termes de déploiement de services ubiquitaires. Cependant la conception et le developpement de réseaux ubiquitaires et convergents de nouvelles générations soulèvent un certain nombre de défis techniques. Les standards actuels ainsi que les solutions commerciales pourraient être affectés par le manque de considération du contexte utilisateur. Le ressenti de l'utilisateur concernant certains services multimédia tels que la VoIP et l'IPTV dépend fortement des capacités du terminal et des conditions du réseau d'accès. Cela incite les réseaux de nouvelles générations à fournir des services ubiquitaires adaptés à l'environnement de l'utilisateur optimisant par la même occasion ses resources. L'IP Multimedia Subsystem (IMS) est une architecture de nouvelle génération qui centralise l'accès aux services et permet la convergence des réseaux fixe/mobile. Néanmoins, l'évolution de l'IMS est nécessaire sur les points suivants :- l'introduction de la sensibilité au contexte utilisateur et de la PQoS (Perceived QoS) : L'architecture IMS ne prend pas en compte l'environnement de l'utilisateur, ses préférences et ne dispose pas d'un méchanisme de gestion de PQOS. Pour s'assurer de la qualité fournit à l'utilisateur final, des informations sur l'environnement de l'utilisateur ainsi que ses préférences doivent transiter en cœur de réseau afin d'y être analysés. Ce traitement aboutit au lancement du service qui sera adapté et optimisé aux conditions observées. De plus pour le service d'IPTV, les caractéristiques spatio-temporelles de la vidéo influent de manière importante sur la PQoS observée côté utilisateur. L'adaptation des services multimédias en fonction de l'évolution du contexte utilisateur et de la nature de la vidéo diffusée assure une qualité d'expérience à l'utilisateur et optimise par la même occasion l'utilisation des ressources en cœur de réseau.- une solution de mobilité efficace pour les services conversationnels tels que la VoIP : Les dernières publications 3GPP fournissent deux solutions de mobilité: le LTE proposeMIP comme solution de mobilité alors que l'IMS définit une mobilité basée sur le protocoleapplicatif SIP. Ces standards définissent le système de signalisation mais ne s'avancent pas sur la gestion du flux média lors du changement d'interface réseau. La deuxième section introduit une étude comparative détaillée des solutions de mobilité dans les NGNs.Notre première contribution est la spécification de l'architecture globale de notre plateforme IMS sensible au contexte utilisateur réalisée au sein du projet Européen ADAMANTIUM. Nous détaillons tout d'abord le serveur MCMS intelligent placé dans la couche application de l'IMS. Cet élément récolte les informations de qualité de services à différents équipements réseaux et prend la décision d'une action sur l'un de ces équipements. Ensuite nous définissons un profil utilisateur permettant de décrire son environnement et de le diffuser en coeur de réseau. Une étude sur la prédiction de satisfaction utilisateur en fonction des paramètres spatio-temporels de la vidéo a été réalisée afin de connaître le débit idéal pour une PQoS désirée.Notre deuxième contribution est l'introduction d'une solution de mobilité adaptée aux services conversationnels (VoIP) tenant compte du contexte utilisateur. Notre solution s'intègre à l'architecture IMS existante de façon transparente et permet de réduire le temps de latence du handover. Notre solution duplique les paquets de VoIP sur les deux interfaces actives pendant le temps de la transition. Parallèlement, un nouvel algorithme de gestion de mémoire tampon améliore la qualité d'expérience pour le service de VoIP.The latest advances in technology have already defied Moore s law. Thanks to research and industry, hand-held devices are composed of high processing embedded systems enabling the consumption of high quality services. Furthermore, recent trends in communication drive users to consume media Anytime, Anywhere on Any Device via multiple wired and wireless network interfaces. This creates new demands for ubiquitous and high quality service provision management. However, defining and developing the next generation of ubiquitous and converged networks raise a number of challenges. Currently, telecommunication standards do not consider context-awareness aspects for network management and service provisioning. The experience felt by the end-user consuming for instance Voice over IP (VoIP) or Internet Protocol TeleVision (IPTV) services varies depending mainly on user preferences, device context and network resources. It is commonly held that Next Generation Network (NGN) should deliver personalized and effective ubiquitous services to the end user s Mobile Node (MN) while optimizing the network resources at the network operator side. IP Multimedia Subsystem (IMS) is a standardized NGN framework that unifies service access and allows fixed/mobile network convergence. Nevertheless IMS technology still suffers from a number of confining factors that are addressed in this thesis; amongst them are two main issues :The lack of context-awareness and Perceived-QoS (PQoS):-The existing IMS infrastructure does not take into account the environment of the user ,his preferences , and does not provide any PQoS aware management mechanism within its service provisioning control system. In order to ensure that the service satisfies the consumer, this information need to be sent to the core network for analysis. In order to maximize the end-user satisfaction while optimizing network resources, the combination of a user-centric network management and adaptive services according to the user s environment and network conditions are considered. Moreover, video content dynamics are also considered as they significantly impact on the deduced perceptual quality of IPTV services. -The lack of efficient mobility mechanism for conversational services like VoIP :The latest releases of Third Generation Partnership Project (3GPP) provide two types of mobility solutions. Long-Term Evolution (LTE) uses Mobile IP (MIP) and IMS uses Session Initiation Protocol (SIP) mobility. These standards are focusing on signaling but none of them define how the media should be scheduled in multi-homed devices. The second section introduces a detailed study of existing mobility solutions in NGNs. Our first contribution is the specification of the global context-aware IMS architecture proposed within the European project ADAptative Management of mediA distributioN based on saTisfaction orIented User Modeling (ADAMANTIUM). We introduce the innovative Multimedia Content Management System (MCMS) located in the application layer of IMS. This server combines the collected monitoring information from different network equipments with the data of the user profile and takes adaptation actions if necessary. Then, we introduce the User Profile (UP) management within the User Equipment (UE) describing the end-user s context and facilitating the diffusion of the end-user environment towards the IMS core network. In order to optimize the network usage, a PQoS prediction mechanism gives the optimal video bit-rate according to the video content dynamics. Our second contribution in this thesis is an efficient mobility solution for VoIP service within IMS using and taking advantage of user context. Our solution uses packet duplication on both active interfaces during handover process. In order to leverage this mechanism, a new jitter buffer algorithm is proposed at MN side to improve the user s quality of experience. Furthermore, our mobility solution integrates easily to the existing IMS platform.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Architectures pour la mobilité et la qualité de service dans les systèmse satellites DVB-S2/RCS

Nos travaux de thèse ont pour objectif la conception, la mise en œuvre et l'évaluation d'architectures pour la mobilité et la qualité de service (QoS) dans des systèmes satellites DVB-S2/RCS. Ces systèmes peuvent constituer une solution alternative efficace aux réseaux terrestres dans des zones reculées à faible densité de population mais ils doivent pour cela offrir les mêmes services tout en tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques, en particulier leur long délai de transmission qui peut s'avérer problématique dans le cadre d'applications multimédias interactives. Notre première contribution a donc été de développer une architecture de QoS adaptée à ce type d'applications, utilisant le modèle DiffServ et se basant essentiellement sur l'interaction entre l'architecture liée au protocole d'initiation de session SIP et différentes entités du système satellite. La QoS peut alors être configurée de façon précise au niveau des STs, par le biais de l'outil TC, en analysant les descripteurs de session SDP compris dans les messages SIP et en déduisant leurs caractéristiques (débit, gigue max, délai max, etc...) soit localement si elles sont connues, soit à partir d'un service Web que nous avons développé. Nous avons ensuite proposé et développé une solution de mobilité basée sur SIP, adaptée au système satellite ainsi qu'à la solution de QoS précédemment décrite. Les performances de cette solution ont alors été comparées, en termes de temps d'interruption et de consommation de ressources, avec celles obtenues par Mobile IPv6 et certaines de ses extensions, démontrant ainsi de réelles améliorations pour le cas des applications multimédias interactives. Enfin, notre dernière contribution a été de développer deux architectures couplant QoS et mobilité, une spécifiquement conçue pour les applications interactives et basée sur la combinaison de notre solution de mobilité SIP avec notre architecture de QoS SIP et une autre basée sur Mobile IPv6 ou FMIPv6 et sur l'interaction d'un QoS Agent mobile avec les entités de QoS du système satellite. Ces architectures ont été évaluées et comparées sur la plateforme d'émulation PLATINE développée dans le cadre du projet SATSIX.Our thesis work aims at the design, the implementation and the evaluation of architectures for mobility and quality of service (QoS) in DVB-S2/RCS satellite systems. These systems can be an effective alternative to terrestrial networks in remote and sparsely populated areas but, for that, they have to offer the same services while taking into account their specific characteristics, particularly their long transmission delay that can be problematic in the context of interactive multimedia applications. Our first contribution has been to develop a QoS architecture adapted to such applications, using the DiffServ model and relying heavily on the interaction between the architecture related to the Session Initiation Protocol (SIP) and various entities of the satellite system. The QoS of satellite terminals (STs) can then be configured precisely, by using the TC tool and analyzing the SDP session descriptors included in the SIP messages and deducting their characteristics (throughput, jitter max, delay max, etc. ...) either locally, if they are known, or from a Web service that we have developed. We then proposed and developed a mobility solution based on SIP, adapted to the satellite system and to the QoS solution described above. The performances of this solution were compared in terms of handover time and resources consumption, with those obtained by Mobile IPv6 and some of its extensions, showing real improvements in the case of interactive multimedia applications. Finally, our last contribution was to develop two architectures combining QoS and mobility: the first one is specifically designed for interactive applications and based on the combination of our SIP-based mobility solution with our SIP QoS architecture and the another is based on Mobile IPv6 or FMIPv6 for the mobility part and on the interaction of a mobile QoS agent with QoS entities of the satellite system. These architectures have been evaluated and compared on the emulation platform PLATINE developed under the project SATSIX

Cooperative resource pooling in multihomed mobile networks

The ubiquity of multihoming amongst mobile devices presents a unique opportunity for users to co-operate, sharing their available Internet connectivity, forming multihomed mobile networks on demand. This model provides users with vast potential to increase the quality of service they receive. Despite this, such mobile networks are typically underutilized and overly restrictive, as additional Internet connectivity options are predominantly ignored and selected gateways are both immutable and incapable of meeting the demand of the mobile network. This presents a number of research challenges, as users look to maximize their quality of experience, while balancing both the financial cost and power consumption associated with utilizing a diverse set of heterogeneous Internet connectivity options. In this thesis we present a novel architecture for mobile networks, the contribution of which is threefold. Firstly, we ensure the available Internet connectivity is appropriately advertised, building a routing overlay which allows mobile devices to access any available network resource. Secondly, we leverage the benefits of multipath communications, providing the mobile device with increased throughput, additional resilience and seamless mobility. Finally, we provide a multihomed framework, enabling policy driven network resource management and path selection on a per application basis. Policy driven resource management provides a rich and descriptive approach, allowing the context of the network and the device to be taken into account when making routing decisions at the edge of the Internet. The aim of this framework, is to provide an efficient and flexible approach to the allocation of applications to the optimal network resource, no matter where it resides in a mobile network. Furthermore, we investigate the benefits of path selection, facilitating the policy framework to choose the optimal network resource for specific applications. Through our evaluation, we prove that our approach to advertising Internet connectivity in a mobile network is both efficient and capable of increasing the utilization of the available network capacity. We then demonstrate that our policy driven approach to resource management and path selection can further improve the user’s quality of experience, by tailoring network resource usage to meet their specific needs

Decentralized Network Based Mobility Management: Framework, System Design and Evaluation

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Radio Communications

In the last decades the restless evolution of information and communication technologies (ICT) brought to a deep transformation of our habits. The growth of the Internet and the advances in hardware and software implementations modified our way to communicate and to share information. In this book, an overview of the major issues faced today by researchers in the field of radio communications is given through 35 high quality chapters written by specialists working in universities and research centers all over the world. Various aspects will be deeply discussed: channel modeling, beamforming, multiple antennas, cooperative networks, opportunistic scheduling, advanced admission control, handover management, systems performance assessment, routing issues in mobility conditions, localization, web security. Advanced techniques for the radio resource management will be discussed both in single and multiple radio technologies; either in infrastructure, mesh or ad hoc networks

Délestage de données en D2D : de la modélisation à la mise en oeuvre

Mobile data traffic is expected to reach 24.3 exabytes by 2019. Accommodating this growth in a traditional way would require major investments in the radio access network. In this thesis, we turn our attention to an unconventional solution: mobile data offloading through device-to-device (D2D) communications. Our first contribution is DROiD, an offloading strategy that exploits the availability of the cellular infrastructure as a feedback channel. DROiD adapts the injection strategy to the pace of the dissemination, resulting at the same time reactive and relatively simple, allowing to save a relevant amount of data traffic even in the case of tight delivery delay constraints.Then, we shift the focus to the gains that D2D communications could bring if coupled with multicast wireless networks. We demonstrate that by employing a wise balance of multicast and D2D communications we can improve both the spectral efficiency and the load in cellular networks. In order to let the network adapt to current conditions, we devise a learning strategy based on the multi-armed bandit algorithm to identify the best mix of multicast and D2D communications. Finally, we investigate the cost models for operators wanting to reward users who cooperate in D2D offloading. We propose separating the notion of seeders (users that carry content but do not distribute it) and forwarders (users that are tasked to distribute content). With the aid of the analytic framework based on Pontryagin's Maximum Principle, we develop an optimal offloading strategy. Results provide us with an insight on the interactions between seeders, forwarders, and the evolution of data dissemination.Le trafic mobile global atteindra 24,3 exa-octets en 2019. Accueillir cette croissance dans les réseaux d’accès radio devient un véritable casse-tête. Nous porterons donc toute notre attention sur l'une des solutions à ce problème : le délestage (offloading) grâce à des communications de dispositif à dispositif (D2D). Notre première contribution est DROiD, une stratégie qui exploite la disponibilité de l'infrastructure cellulaire comme un canal de retour afin de suivre l'évolution de la diffusion d’un contenu. DROiD s’adapte au rythme de la diffusion, permettant d'économiser une quantité élevée de données cellulaires, même dans le cas de contraintes de réception très serrées. Ensuite, nous mettons l'accent sur les gains que les communications D2D pourraient apporter si elles étaient couplées avec les transmissions multicast. Par l’utilisation équilibrée d'un mix de multicast, et de communications D2D, nous pouvons améliorer, à la fois, l'efficacité spectrale ainsi que la charge du réseau. Afin de permettre l’adaptation aux conditions réelles, nous élaborons une stratégie d'apprentissage basée sur l'algorithme dit ‘’bandit manchot’’ pour identifier la meilleure combinaison de communications multicast et D2D. Enfin, nous mettrons en avant des modèles de coûts pour les opérateurs, désireux de récompenser les utilisateurs qui coopèrent dans le délestage D2D. Nous proposons, pour cela, de séparer la notion de seeders (utilisateurs qui transportent contenu, mais ne le distribuent pas) et de forwarders (utilisateurs qui sont chargés de distribuer le contenu). Avec l'aide d’un outil analytique basée sur le principe maximal de Pontryagin, nous développons une stratégie optimale de délestage