Performability Evaluation of Voice Services in Converged Networks

In the last years, the transmission of voice services in converged networks has experienced a huge growth. However, there are still some questions considering the ability of these networks to deliver voice services with acceptable quality. In this paper, we applied analytical modeling and simulation to analyze the quality of voice services using a new index, called MOS a , which considers jointly the MOS index and the availability of the subjacent infrastructure. We consider the influence of different CODECs (G.711 and G.729), queuing policies (Priority Queuing and Custom Queuing), and the warm standby redundancy mechanism. Our goal is to analyze the quality of these services by taking into account overloading conditions in different  architectures/scenarios. These scenarios were constructed using the modeling mechanisms Reliability Block Diagram and Stochastic Petri Nets in addition to a discrete event simulator. Experimental results indicate that the G.711 CODEC has a higher sensitivity both in terms of data traffic volume and allocated network resources in relation to the G.729 CODEC

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Dependability checking with StoCharts: Is train radio reliable enough for trains?

Performance, dependability and quality of service (QoS) are prime aspects of the UML modelling domain. To capture these aspects effectively in the design phase, we have recently proposed STOCHARTS, a conservative extension of UML statechart diagrams. In this paper, we apply the STOCHART formalism to a safety critical design problem. We model a part of the European Train Control System specification, focusing on the risks of wireless communication failures in future high-speed cross-European trains. Stochastic model checking with the model checker PROVER enables us to derive constraints under which the central quality requirements are satisfied by the STOCHART model. The paper illustrates the flexibility and maturity of STOCHARTS to model real problems in safety critical system design

A Framework to Quantify Network Resilience and Survivability

The significance of resilient communication networks in the modern society is well established. Resilience and survivability mechanisms in current networks are limited and domain specific. Subsequently, the evaluation methods are either qualitative assessments or context-specific metrics. There is a need for rigorous quantitative evaluation of network resilience. We propose a service oriented framework to characterize resilience of networks to a number of faults and challenges at any abstraction level. This dissertation presents methods to quantify the operational state and the expected service of the network using functional metrics. We formalize resilience as transitions of the network state in a two-dimensional state space quantifying network characteristics, from which network service performance parameters can be derived. One dimension represents the network as normally operating, partially degraded, or severely degraded. The other dimension represents network service as acceptable, impaired, or unacceptable. Our goal is to initially understand how to characterize network resilience, and ultimately how to guide network design and engineering toward increased resilience. We apply the proposed framework to evaluate the resilience of the various topologies and routing protocols. Furthermore, we present several mechanisms to improve the resilience of the networks to various challenges

Aesthetically driven design of network based multi-user instruments.

Digital networking technologies open up a new world of possibilities for music making, allowing performers to collaborate in ways not possible before. Network based Multi-User Instruments (NMIs) are one novel method of musical collaboration that take advantage of networking technology. NMIs are digital musical instruments that exist as a single entity instantiated over several nodes in a network and are performed simultaneously by multiple musicians in realtime. This new avenue is exciting, but it begs the question of how does one design instruments for this new medium? This research explores the use of an aesthetically driven design process to guide the design, construction, rehearsal, and performance of a series of NMIs. This is an iterative process that makes use of a regularly rehearsing and performing ensemble which serves as a test-bed for new instruments, from conception, to design, to implementation, to performance. This research includes details of several NMIs constructed in accordance with this design process. These NMIs have been quantitatively analysed and empirically tested for the presence of interconnectivity and group influence during performance as a method for measuring group collaboration. Furthermore qualitative analyses are applied which test for the perceived e ectiveness of these instruments during real-world performances in front of live audiences. The results of these analyses show that an aesthetically driven method of designing NMIs produces instruments that are interactive and collaborative. Furthermore results show that audiences perceive a measurable impression of interconnectivity and liveness in the ensemble even though most of the performers in the ensemble are not physically present

Extended Abstracts: PMCCS3: Third International Workshop on Performability Modeling of Computer and Communication Systems

Coordinated Science Laboratory was formerly known as Control Systems LaboratoryThe pages of the front matter that are missing from the PDF were blank