Fifth generation networking principles for a service driven future Internet architecture

Published version of an article published in Wireless Personal Communications, vol. 57:393-411. Also available from the publisher at: http://dx.doi.org/10.1007/s11277-010-0076-7The vision of all-IP networks where IP forms the simple common layer understandable across the whole network has undeniable advantages. However, such simplicity comes as a major hurdle to flexibility and functionality to the architecture. This is evident from the increasingly numerous and complex engineering solutions and optimizations required to accommodate essential qualities like mobility, security, realtime communication support etc or to mitigate the shortcomings inherent in the 'traditional Internet' architecture. While a clean slate approach to address these shortcomings is not an option in a realistic scenario, it is important to examine the architecture as a whole to address emerging network requirements and overcome existing shortcomings at the architecture level rather than engineering solutions to an existing inefficient one. This architectural re-examination should also facilitate discussion into what design principles for future generations of Network Architectures which will eventually replace the design tenets for the current Internet. While 3G and 4G systems were more focussed on convergence towards an All-IP network and some improvements in the core network, the architectural design remains stagnant with layered paradigms and inherent inefficiencies. A departure from this shackled approach could be the distinguishing feature of 5G systems and beyond. We claim that there is a pressing need to move towards a Next Generation Network architecture built to natively support requirements such as network resource abstraction, mobility, security, enhanced routing, privacy, context communications, QoS, parallel processing, heterogeneous networking etc. Instead of treating the network as just providing connectivity specified by endpoints, it is of great advantage to applications to recognise it as a service characterized by attributes, abstracted to a higher level to represent a collection of capabilities that the network offers. This uniform high level abstraction can effectively mask the heterogeneity and implementation discrepancies in the underlying infrastructure. Besides, in a network environment where an connectivity instance might transverse diverse business/ownership/capability domains, the approach proposed in this article can provide a transparent abstraction for resource negotiations across the domain to be available for end-to-end setup. This architectural change should also be manifested according to the principles of SOA to ensure interoperability, backwards compatibility and migration. In this article, we introduce a Service Oriented framework and network architecture aimed at tackling the heterogeneity of emerging requirements and proposed solutions into a coherent interoperable architecture using Web Services specifications as the basic standards. We propose to model the new architecture on relationships between entities and discuss the motivation this new architecture in the form of a new framework called ROSA

Incrementando as redes centradas à informaçãopara uma internet das coisas baseada em nomes

The way we use the Internet has been evolving since its origins. Nowadays, users are more interested in accessing contents and services with high demands in terms of bandwidth, security and mobility. This evolution has triggered the emergence of novel networking architectures targeting current, as well as future, utilisation demands. Information-Centric Networking (ICN) is a prominent example of these novel architectures that moves away from the current host-centric communications and centres its networking functions around content. Parallel to this, new utilisation scenarios in which smart devices interact with one another, as well as with other networked elements, have emerged to constitute what we know as the Internet of Things (IoT). IoT is expected to have a significant impact on both the economy and society. However, fostering the widespread adoption of IoT requires many challenges to be overcome. Despite recent developments, several issues concerning the deployment of IPbased IoT solutions on a large scale are still open. The fact that IoT is focused on data and information rather than on point-topoint communications suggests the adoption of solutions relying on ICN architectures. In this context, this work explores the ground concepts of ICN to develop a comprehensive vision of the principal requirements that should be met by an IoT-oriented ICN architecture. This vision is complemented with solutions to fundamental issues for the adoption of an ICN-based IoT. First, to ensure the freshness of the information while retaining the advantages of ICN’s in-network caching mechanisms. Second, to enable discovery functionalities in both local and large-scale domains. The proposed mechanisms are evaluated through both simulation and prototyping approaches, with results showcasing the feasibility of their adoption. Moreover, the outcomes of this work contribute to the development of new compelling concepts towards a full-fledged Named Network of Things.A forma como usamos a Internet tem vindo a evoluir desde a sua criação. Atualmente, os utilizadores estão mais interessados em aceder a conteúdos e serviços, com elevados requisitos em termos de largura de banda, segurança e mobilidade. Esta evolução desencadeou o desenvolvimento de novas arquiteturas de rede, visando os atuais, bem como os futuros, requisitos de utilização. As Redes Centradas à Informação (Information-Centric Networking - ICN) são um exemplo proeminente destas novas arquiteturas que, em vez de seguirem um modelo de comunicação centrado nos dispositivos terminais, centram as suas funções de rede em torno do próprio conteúdo. Paralelamente, novos cenários de utilização onde dispositivos inteligentes interagem entre si, e com outros elementos de rede, têm vindo a aparecer e constituem o que hoje conhecemos como a Internet das Coisas (Internet of Things - IoT ). É esperado que a IoT tenha um impacto significativo na economia e na sociedade. No entanto, promover a adoção em massa da IoT ainda requer que muitos desafios sejam superados. Apesar dos desenvolvimentos recentes, vários problemas relacionados com a adoção em larga escala de soluções de IoT baseadas no protocolo IP estão em aberto. O facto da IoT estar focada em dados e informação, em vez de comunicações ponto-a-ponto, sugere a adoção de soluções baseadas em arquiteturas ICN. Neste sentido, este trabalho explora os conceitos base destas soluções para desenvolver uma visão completa dos principais requisitos que devem ser satisfeitos por uma solução IoT baseada na arquitetura de rede ICN. Esta visão é complementada com soluções para problemas cruciais para a adoção de uma IoT baseada em ICN. Em primeiro lugar, assegurar que a informação seja atualizada e, ao mesmo tempo, manter as vantagens do armazenamento intrínseco em elementos de rede das arquiteturas ICN. Em segundo lugar, permitir as funcionalidades de descoberta não só em domínios locais, mas também em domínios de larga-escala. Os mecanismos propostos são avaliados através de simulações e prototipagem, com os resultados a demonstrarem a viabilidade da sua adoção. Para além disso, os resultados deste trabalho contribuem para o desenvolvimento de conceitos sólidos em direção a uma verdadeira Internet das Coisas baseada em Nomes.Programa Doutoral em Telecomunicaçõe

Interoperabilidade e mobilidade na internet do futuro

Research on Future Internet has been gaining traction in recent years, with both evolutionary (e.g., Software Defined Networking (SDN)- based architectures) and clean-slate network architectures (e.g., Information Centric Networking (ICN) architectures) being proposed. With each network architectural proposal aiming to provide better solutions for specific Internet utilization requirements, an heterogeneous Future Internet composed by several architectures can be expected, each targeting and optimizing different use case scenarios. Moreover, the increasing number of mobile devices, with increasing capabilities and supporting different connectivity technologies, are changing the patterns of traffic exchanged in the Internet. As such, this thesis focuses on the study of interoperability and mobility in Future Internet architectures, two key requirements that need to be addressed for the widely adoption of these network architectures. The first contribution of this thesis is an interoperability framework that, by enabling resources to be shared among different network architectures, avoids resources to be restricted to a given network architecture and, at the same time, promotes the initial roll out of new network architectures. The second contribution of this thesis consists on the development of enhancements for SDN-based and ICN network architectures through IEEE 802.21 mechanisms to facilitate and optimize the handover procedures on those architectures. The last contribution of this thesis is the definition of an inter-network architecture mobility framework that enables MNs to move across access network supporting different network architectures without losing the reachability to resources being accessed. All the proposed solutions were evaluated with results highlighting the feasibility of such solutions and the impact on the overall communication.A Internet do Futuro tem sido alvo de vários estudos nos últimos anos, com a proposta de arquitecturas de rede seguindo quer abordagens evolutionárias (por exemplo, Redes Definidas por Software (SDN)) quer abordagens disruptivas (por exemplo, Redes Centradas na Informação (ICN)). Cada uma destas arquitecturas de rede visa providenciar melhores soluções relativamente a determinados requisitos de utilização da Internet e, portanto, uma Internet do Futuro heterogénea composta por diversas arquitecturas de rede torna-se uma possibilidade, onde cada uma delas é usada para optimizar diferentes casos de utilização. Para além disso, o aumento do número de dispositivos móveis, com especificações acrescidas e com suporte para diferentes tecnologias de conectividade, está a mudar os padrões do tráfego na Internet. Assim, esta tese foca-se no estudo de aspectos de interoperabilidade e mobilidade em arquitecturas de rede da Internet do Futuro, dois importantes requisitos que necessitam de ser satisfeitos para que a adopção destas arquitecturas de rede seja considerada. A primeira contribuição desta tese é uma solução de interoperabilidade que, uma vez que permite que recursos possam ser partilhados por diferentes arquitecturas de rede, evita que os recursos estejam restringidos a uma determinada arquitectura de rede e, ao mesmo tempo, promove a adopção de novas arquitecturas de rede. A segunda contribuição desta tese consiste no desenvolvimento de extensões para arquitecturas de rede baseadas em SDN ou ICN através dos mecanismos propostos na norma IEEE 802.21 com o objectivo de facilitar e optimizar os processos de mobilidade nessas arquitecturas de rede. Finalmente, a terceira contribuição desta tese é a definição de uma solução de mobilidade envolvendo diferentes arquitecturas de rede que permite a mobilidade de dispositivos móveis entre redes de acesso que suportam diferentes arquitecturas de rede sem que estes percam o acesso aos recursos que estão a ser acedidos. Todas as soluções propostas foram avaliadas com os resultados a demonstrar a viabilidade de cada uma das soluções e o impacto que têm na comunicação.Programa Doutoral em Informátic

Análise comparativa de controladores para redes definidas por software de Classe Carrier Grade

The original design of the Internet was conceived during sixties, into a whole different context of the current days. In this meantime new proposals have been added to the network which became used into the unthinkable areas and activities during its conception. New applications for which the network was subjected brought with them many new requirements, most of whom were not adequately met due to architectural limitations. The Internet evolution faces major challenges, foreseen from the nineties, when it began to face serious problems concerning the exhaustion of its addressing capabilities, and even before, when it was realised that an identiĄer with greater semantic expressiveness was needed. The SDN is an approach that has earned strength in recent years, by creating two abstraction layers for the network elements, which promotes the independence of the Data Plan and Control Plan. Around the world, the data network infrastructure is provided in general by the telecom operators, thus we must think on the future of networks with carrier grade quality. Carrier grade is a term originated in telecom area, but nowadays in many areas is synonymous with high availability, scalability, quality of service and security. Therefore, computer network technology, including OpenFlow, must present a solution with carrier grade capacity to become a candidate technology to implement the data networks of the telecommunication operators in the future. The goal of this work is to make a comparative experimental analysis of the main OpenFlow controllers to check their carrier grade properties that make them potential solutions being used by telecom operators.Dissertação (Mestrado)O projeto original da Internet foi concebida na década de 1960, em um contexto totalmente diferente do atual. Nesse tempo, a rede ganhou novos propósitos e passou a ser utilizada em áreas e atividades que seriam impensáveis durante a sua concepção. As novas aplicações às quais a rede foi submetida trouxeram consigo diversos novos requisitos que, em sua maioria não foram adequadamente atendidos devido a limitações na arquitetura. A Internet enfrenta desaĄos importantes para sua evolução, vislumbrados desde a década de 1990, quando começou a enfrentar sérios problemas relativos ao esgotamento de sua capacidade de endereçamento, ou até mesmo antes, quando se percebeu a necessidade de um identiĄcador com maior expressividade semântica. Uma abordagem que vem tomando força nos últimos anos é a SDN (Software DeĄned Network), que cria uma camada de abstração para o controle dos elementos de rede, promovendo uma separação entre os planos de Dados e de Controle. Em todo o mundo, a infraestrutura das redes de dados é provida, em geral, pelas operadoras de telecomunicações, então há que se pensar nas redes do futuro com qualidade carrier grade. O termo carrier grade é originário da área de telecomunicações, mas hoje em dia em diversas áreas é sinônimo de alta disponibilidade, escalabilidade, qualidade de serviço e segurança. Deste modo, qualquer tecnologia de redes de computadores, e o OpenFlow em particular, deve apresentar uma solução com capacidade carrier grade para se tornar uma tecnologia candidata a implementar as redes de dados das operadoras de telecomunicações no futuro. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise comparativa experimental dos principais controladores OpenFlow para veriĄcar suas propriedades carrier grade que os tornem potenciais soluções a ser utilizadas por operadoras de telecomunicações

A service based approach for future internet architectures

Doktorgradsavhandling i informasjons- og kommunikasjonsteknologi, Universitetet i Agder, Grimstad, 201

Forwarding on Gates: A flexible and scalable inter-network layer supporting in-network functions

How to design an inter-network that is flexible regarding its features and scalable at the same time? How can such an inter-network satisfy requirements from applications and subnetworks dynamically? Can routing be more flexible and balance the wishes from end user and network operators? Is there a better world beyond current IP-networks? This book answers these questions by presenting a new architecture called "Forwarding on Gates" (FoG). It exploits the advantages of a recursive reference model and does not follow the traditional OSI reference model. FoG mixes connection-oriented and connectionless aspects dynamically in order to increase its efficiency. It enables a scalable function provisioning by a flexible distribution of states between network participants. Its routing can adjust itself to an optimal trade-off between CPU and memory usage. Moreover, FoG supports new business cases and opens up a market for network-related functions, at which function provider can offer their functions to function users.Auch im Buchhandel erhältlich: Forwarding on Gates : a flexible and scalable inter-network layer supporting in-network functions / Florian Liers Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2014. - XII, 258 S. ISBN 978-3-86360-094-5 URN urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000657 Preis (Druckausgabe): 30,80

Some Comments on hourglasses

The hourglass concept has been undisputable ruler of networking visions on the last years. As network evolution is now a hot topic,this article aims to reflect on this concept, highlighting its current shortcomings, and suggesting its evolution