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

LTE Optimization and Resource Management in Wireless Heterogeneous Networks

Mobile communication technology is evolving with a great pace. The development of the Long Term Evolution (LTE) mobile system by 3GPP is one of the milestones in this direction. This work highlights a few areas in the LTE radio access network where the proposed innovative mechanisms can substantially improve overall LTE system performance. In order to further extend the capacity of LTE networks, an integration with the non-3GPP networks (e.g., WLAN, WiMAX etc.) is also proposed in this work. Moreover, it is discussed how bandwidth resources should be managed in such heterogeneous networks. The work has purposed a comprehensive system architecture as an overlay of the 3GPP defined SAE architecture, effective resource management mechanisms as well as a Linear Programming based analytical solution for the optimal network resource allocation problem. In addition, alternative computationally efficient heuristic based algorithms have also been designed to achieve near-optimal performance

Flexible application driven network striping over Wireless Wide Area Networks

Thesis (M. Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2005.Includes bibliographical references (p. 157-161).Inverse multiplexing, or network striping, allows the construction of a high-bandwidth virtual channel from a collection of multiple low-bandwidth network channels. Striping systems usually employ a packet scheduling policy that allows applications to be oblivious of the way in which packets are routed to specific network channels. Though this is appropriate for many applications, many other applications can benefit from an approach that explicitly involves the application in the determination of the striping policy. Horde is middleware that facilitates flexible striping over Wireless Wide Area Network (WWAN) channels. Horde is unusual in that it separates the striping policy from the striping mechanism. It allows applications to describe network Quality-of-Service (QoS) objectives that the striping mechanism attempts to satisfy. Horde can be used by a set of data streams, each with its own QoS policy, to stripe data over a set of WWAN channels. The WWAN QoS variations observed across different channels and in time, provide opportunities to modulate stream QoS through scheduling. The key technical challenge in Horde is giving applications control over certain aspects of the data striping operation while at the same time shielding the application from low-level details. Horde exports a set of flexible abstractions replacing the application's network stack. Horde allows applications to express their policy goals as succinct network-QoS objectives. Each objective says something, relatively simple, about the sort of network QoS an application would like for some data stream(s). We present the Horde architecture, describe an early implementation, and examine how different policies can be used to modulate the quality-of-service observed across different independent data streams. Through experiments conducted on real and simulated network channels, we confirm our belief that the kind of QoS modulation Horde aims to achieve is realistic for actual applications.by Asfandyar Qureshi.M.Eng

pDCell: an End-to-End Transport Protocol for Mobile Edge Computing Architectures

Pendiente publicación 2019To deal with increasingly demanding services and the rapid growth in number of devices and traffic, 5G and beyond mobile networks need to provide extreme capacity and peak data rates at very low latencies. Consequently, applications and services need to move closer to the users into so-called edge data centers. At the same time, there is a trend to virtualize core and radio access network functionalities and bring them to edge data centers as well. However, as is known from conventional data centers, legacy transport protocols such as TCP are vastly suboptimal in such a setting. In this work, we present pDCell, a transport design for mobile edge computing architectures that extends data center transport approaches to the mobile network domain. Specifically, pDCell ensures that data traffic from application servers arrives at virtual radio functions (i.e., C-RAN Central Units) timely to (i) minimize queuing delays and (ii) to maximize cellular network utilization. We show that pDCell significantly improves flow completion times compared to conventional transport protocols like TCP and data center transport solutions, and is thus an essential component for future mobile networks.This work is partially supported by the European Research Council grant ERC CoG 617721, the Ramon y Cajal grant from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness RYC-2012-10788, by the European Union H2020-ICT grant 644399 (MONROE), by the H2020 collaborative Europe/Taiwan research project 5G-CORAL (grant num. 761586) and the Madrid Regional Government through the TIGRE5-CM program (S2013/ICE-2919). Further, the work of Dr. Kogan is partially supported by a grant from the Cisco University Research Program Fund, an advised fund of Silicon Valley Community Foundation.No publicad

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

Systems and Methods for Measuring and Improving End-User Application Performance on Mobile Devices

In today's rapidly growing smartphone society, the time users are spending on their smartphones is continuing to grow and mobile applications are becoming the primary medium for providing services and content to users. With such fast paced growth in smart-phone usage, cellular carriers and internet service providers continuously upgrade their infrastructure to the latest technologies and expand their capacities to improve the performance and reliability of their network and to satisfy exploding user demand for mobile data. On the other side of the spectrum, content providers and e-commerce companies adopt the latest protocols and techniques to provide smooth and feature-rich user experiences on their applications. To ensure a good quality of experience, monitoring how applications perform on users' devices is necessary. Often, network and content providers lack such visibility into the end-user application performance. In this dissertation, we demonstrate that having visibility into the end-user perceived performance, through system design for efficient and coordinated active and passive measurements of end-user application and network performance, is crucial for detecting, diagnosing, and addressing performance problems on mobile devices. My dissertation consists of three projects to support this statement. First, to provide such continuous monitoring on smartphones with constrained resources that operate in such a highly dynamic mobile environment, we devise efficient, adaptive, and coordinated systems, as a platform, for active and passive measurements of end-user performance. Second, using this platform and other passive data collection techniques, we conduct an in-depth user trial of mobile multipath to understand how Multipath TCP (MPTCP) performs in practice. Our measurement study reveals several limitations of MPTCP. Based on the insights gained from our measurement study, we propose two different schemes to address the identified limitations of MPTCP. Last, we show how to provide visibility into the end- user application performance for internet providers and in particular home WiFi routers by passively monitoring users' traffic and utilizing per-app models mapping various network quality of service (QoS) metrics to the application performance.PHDComputer Science & EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/146014/1/ashnik_1.pd

Design of a UMTS/GPRS Assisted Mesh Network (UAMN)

Wireless Mesh or multi-hop networks (WMNs) are well known thanks to its simplicity on deployment and the lack of infrastructure. These two advantages come with some drawbacks. WMNs have limitations with the support of Quality of Service (QoS), they do not assure coverage or even connectivity, and security, management and monitoring are not considered key requirements. In order to benefit of mesh networks and use them as an operator graded network, it is necessary to either improve mesh networks to fulfill all these requirements or use an alternative network that offers full availability, connectivity and security to assist the mesh network. Considering the two options, the second is the one selected making use of GPRS/UMTS as an assistant network. The document describes a set of requirements and the design of the functionalities needed to build an operator graded network using the cellular GPRS/UMTS. The aspects covered in the design are: security, quality of service, mobility, self configuration and optimization. The last point, optimization, is not directly involved with mesh networking, but it is an improvement easy to achieve when using a gateway node to access the Internet through a GPRS/UMTS connection. The design of the solution not only considers functionality, but also feasibility employing of the shelve elements. The mesh nodes and gateways are built on top of Linux operating system with the aim to reuse previous results and open source software. The final objective of the project is to build a usable system to be used as a proof of concept.Peer Reviewe

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