Processo markoviano de decisão para alocação dinâmica de recursos e controle de admissão de conexão em redes IEEE 802.16

Este trabalho apresenta uma solução para o problema de controle admissão de conexão e alocação dinâmica de recursos em redes IEEE 802.16 através da modelagem de um Processo Markoviano de Decisão (PMD) utilizando o conceito de degradação de largura de banda, o qual é baseado nos requisitos diferenciados de largura de banda das classes de serviço do IEEE 802.16. Para o critério de desempenho do PMD é feita a atribuição de diferentes retornos a cada classe de serviço, fazendo assim o tratamento diferenciado de cada fluxo. Nesse sentido, é possível avaliar a política ótima, obtida através de um algoritmo de iteração de valores, considerando aspectos como o nível de degradação médio das classes de serviço, utilização dos recursos e probabilidades de bloqueios de cada classe de serviço em relação à carga do sistema. Resultados obtidos mostram que o método de controle markoviano proposto é capaz de priorizar as classes de serviço consideradas mais relevantes para o sistema.

Lightweight monitoring of label switched paths for bandwidth management

The purpose of resource management is the efficient and effective use of network resources, for instance bandwidth. In this article, a connection oriented network scenario is considered, where a certain amount of bandwidth is reserved for each label switch path (LSP), which is a logical path, in a MPLS or GMPLS environment. Assuming there is also some kind of admission control (explicit or implicit), these environments typically provide quality of service (QoS) guarantees. It could happen that some LSPs become busy, thus rejecting connections, while other LSPs may be under-utilised. We propose a distributed lightweight monitoring technique, based on threshold values, the objective of which is to detect congestion when it occurs in an LSP and activate the corresponding alarm which will trigger a dynamic bandwidth reallocation mechanism

Lightweight monitoring of label switched paths for bandwidth management

The purpose of resource management is the efficient and effective use of network resources, for instance bandwidth. In this article, a connection oriented network scenario is considered, where a certain amount of bandwidth is reserved for each label switch path (LSP), which is a logical path, in a MPLS or GMPLS environment. Assuming there is also some kind of admission control (explicit or implicit), these environments typically provide quality of service (QoS) guarantees. It could happen that some LSPs become busy, thus rejecting connections, while other LSPs may be under-utilised. We propose a distributed lightweight monitoring technique, based on threshold values, the objective of which is to detect congestion when it occurs in an LSP and activate the corresponding alarm which will trigger a dynamic bandwidth reallocation mechanism

Análise do desempenho da tecnologia 4G LTE

O objectivo deste trabalho passa pelo desenvolvimento de uma ferramenta de simulação dinâmica de recursos rádio em LTE no sentido descendente, com recurso à Framework OMNeT++. A ferramenta desenvolvida permite realizar o planeamento das estações base, simulação e análise de resultados. São descritos os principais aspectos da tecnologia de acesso rádio, designadamente a arquitectura da rede, a codificação, definição dos recursos rádio, os ritmos de transmissão suportados ao nível de canal e o mecanismo de controlo de admissão. Foi definido o cenário de utilização de recursos rádio que inclui a definição de modelos de tráfego e de serviços orientados a pacotes e circuitos. Foi ainda considerado um cenário de referência para a verificação e validação do modelo de simulação. A simulação efectua-se ao nível de sistema, suportada por um modelo dinâmico, estocástico e orientado por eventos discretos de modo a contemplar os diferentes mecanismos característicos da tecnologia OFDMA. Os resultados obtidos permitem a análise de desempenho dos serviços, estações base e sistema ao nível do throughput médio da rede, throughput médio por eNodeB e throughput médio por móvel para além de permitir analisar o contributo de outros parâmetros designadamente, largura de banda, raio de cobertura, perfil dos serviços, esquema de modulação, entre outros. Dos resultados obtidos foi possível verificar que, considerando um cenário com estações base com raio de cobertura de 100 m obteve-se um throughput ao nível do utilizador final igual a 4.69494 Mbps, ou seja, 7 vezes superior quando comparado a estações base com raios de cobertura de 200m.

An implicit GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for time-sensitive wireless sensor networks: theory and practice

Timeliness guarantee is an important feature of the recently standardized IEEE 802.15.4 protocol, turning it quite appealing for Wireless Sensor Network (WSN) applications under timing constraints. When operating in beacon-enabled mode, this protocol allows nodes with real-time requirements to allocate Guaranteed Time Slots (GTS) in the contention-free period. The protocol natively supports explicit GTS allocation, i.e. a node allocates a number of time slots in each superframe for exclusive use. The limitation of this explicit GTS allocation is that GTS resources may quickly disappear, since a maximum of seven GTSs can be allocated in each superframe, preventing other nodes to benefit from guaranteed service. Moreover, the GTS may be underutilized, resulting in wasted bandwidth. To overcome these limitations, this paper proposes i-GAME, an implicit GTS Allocation Mechanism in beacon-enabled IEEE 802.15.4 networks. The allocation is based on implicit GTS allocation requests, taking into account the traffic specifications and the delay requirements of the flows. The i-GAME approach enables the use of one GTS by multiple nodes, still guaranteeing that all their (delay, bandwidth) requirements are satisfied. For that purpose, we propose an admission control algorithm that enables to decide whether to accept a new GTS allocation request or not, based not only on the remaining time slots, but also on the traffic specifications of the flows, their delay requirements and the available bandwidth resources. We show that our approach improves the bandwidth utilization as compared to the native explicit allocation mechanism defined in the IEEE 802.15.4 standard. We also present some practical considerations for the implementation of i-GAME, ensuring backward compatibility with the IEEE 801.5.4 standard with only minor add-ons. Finally, an experimental evaluation on a real system that validates our theoretical analysis and demonstrates the implementation of i-GAME is also presented

i-GAME: an implicit GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for time-sensitive wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 Medium Access Control (MAC) protocol is an enabling technology for time sensitive wireless sensor networks thanks to its Guaranteed-Time Slot (GTS) mechanism in the beacon-enabled mode. However, the protocol only supports explicit GTS allocation, i.e. a node allocates a number of time slots in each superframe for exclusive use. The limitation of this explicit GTS allocation is that GTS resources may quickly disappear, since a maximum of seven GTSs can be allocated in each superframe, preventing other nodes to benefit from guaranteed service. Moreover, the GTSs may be only partially used, resulting in wasted bandwidth. To overcome these limitations, this paper proposes i-GAME, an implicit GTS Allocation Mechanism in beacon-enabled IEEE 802.15.4 networks. The allocation is based on implicit GTS allocation requests, taking into account the traffic specifications and the delay requirements of the flows. The i-GAME approach enables the use of a GTS by multiple nodes, while all their (delay, bandwidth) requirements are still satisfied. For that purpose, we propose an admission control algorithm that enables to decide whether to accept a new GTS allocation request or not, based not only on the remaining time slots, but also on the traffic specifications of the flows, their delay requirements and the available bandwidth resources. We show that our proposal improves the bandwidth utilization compared to the explicit allocation used in the IEEE 802.15.4 protocol standard. We also present some practical considerations for the implementation of i-GAME, ensuring backward compatibility with the IEEE 801.5.4 standard with only minor add-ons.

CAC controlled services sharing a link with connectionless data services in an ATM network: a performance evaluation study

In the B-ISDN there is a provision for four classes of services, all of them supported by a single transport network (the ATM network). Three of these services, the connected oriented (CO) ones, permit connection access control (CAC) but the fourth, the connectionless oriented (CLO) one, does not. Therefore, when CLO service and CO services have to share the same ATM link, a conflict may arise. This is because a bandwidth allocation to obtain maximum statistical gain can damage the contracted ATM quality of service (QOS); and vice versa, in order to guarantee the contracted QOS, the statistical gain have to be sacrificed. The paper presents a performance evaluation study of the influence of the CLO service on a CO service (a circuit emulation service or a variable bit-rate service) when sharing the same link

Bandwidth allocation based on real time calculations using the convolution approach

This paper focuses on one of the methods for bandwidth allocation in an ATM network: the convolution approach. The convolution approach permits an accurate study of the system load in statistical terms by accumulated calculations, since probabilistic results of the bandwidth allocation can be obtained. Nevertheless, the convolution approach has a high cost in terms of calculation and storage requirements. This aspect makes real-time calculations difficult, so many authors do not consider this approach. With the aim of reducing the cost we propose to use the multinomial distribution function: the enhanced convolution approach (ECA). This permits direct computation of the associated probabilities of the instantaneous bandwidth requirements and makes a simple deconvolution process possible. The ECA is used in connection acceptance control, and some results are presented

Fast calculation of the CAC convolution algorithm using the multinomial distribution function

The authors focus on one of the methods for connection acceptance control (CAC) in an ATM network: the convolution approach. With the aim of reducing the cost in terms of calculation and storage requirements, they propose the use of the multinomial distribution function. This permits direct computation of the associated probabilities of the instantaneous bandwidth requirements. This in turn makes possible a simple deconvolution process. Moreover, under certain conditions additional improvements may be achieved

Strategian jalkauttamista tukeva optimaalinen toimintaympäristö kilpailuedun lähteenä

Tutkimus käsittelee strategian jalkauttamista. Tutkimuksen tavoitteena on kuvata millainen on strategian jalkauttamista tukeva optimaalinen toimintaympäristö kilpailuedun lähteenä. Tavoitteeseen päästään neljän alaongelman avulla: mistä elementeistä toimintaympäristö koostuu, millaisia yhteyksiä elementeillä on toisiinsa, mitkä elementeistä liittyvät johtamiseen ja millainen rooli keskijohdolla on strategian jalkauttamisessa. Tapaustutkimus on luonteeltaan kvalitatiivinen ja tutkimusote normatiivinen. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys kattaa kuusi kokonaisuutta: strategian ja strategisen johtamisen, ulkoisen ja sisäisen toimintaympäristön, kilpailuedun, kulttuurin sekä johtamisen ja operatiivisen toiminnan. Johtaminen ja operatiivinen toiminta koostuu seitsemästä elementistä: asiakkaat, yhteys, yhteisöllisyys, kontrolli, kommunikointi, ydinkyvykkyydet ja koalitio, jotka parhaimmillaan muodostavat toisiaan tukevan syklin. Keskijohdon rooli korostuu johtamisen ja operatiivisen toiminnan kokonaisuudessa.

Video transcoding in a distributed cloud computing environment

Video transcoding refers to the process of converting a digital video from one format into another format. It is a compute-intensive operation. Therefore, transcoding of a large number of simultaneous video streams requires a large amount of computing resources. Moreover, to handle di erent load conditions in a cost-e cient manner, the video transcoding service should be dynamically scalable. Infrastructure as a Service Clouds currently offer computing resources, such as virtual machines, under the pay-per-use business model. Thus the IaaS Clouds can be leveraged to provide a coste cient, dynamically scalable video transcoding service. To use computing resources e ciently in a cloud computing environment, cost-e cient virtual machine provisioning is required to avoid overutilization and under-utilization of virtual machines. This thesis presents proactive virtual machine resource allocation and de-allocation algorithms for video transcoding in cloud computing. Since users' requests for videos may change at di erent times, a check is required to see if the current computing resources are adequate for the video requests. Therefore, the work on admission control is also provided. In addition to admission control, temporal resolution reduction is used to avoid jitters in a video. Furthermore, in a cloud computing environment such as Amazon EC2, the computing resources are more expensive as compared with the storage resources. Therefore, to avoid repetition of transcoding operations, a transcoded video needs to be stored for a certain time. To store all videos for the same amount of time is also not cost-e cient because popular transcoded videos have high access rate while unpopular transcoded videos are rarely accessed. This thesis provides a cost-e cient computation and storage trade-o strategy, which stores videos in the video repository as long as it is cost-e cient to store them. This thesis also proposes video segmentation strategies for bit rate reduction and spatial resolution reduction video transcoding. The evaluation of proposed strategies is performed using a message passing interface based video transcoder, which uses a coarse-grain parallel processing approach where video is segmented at group of pictures level.

Gestion adaptative des ressources dans les réseaux maillés sans fil à multiples-radios multiples-canaux

Depuis quelques années, la recherche dans le domaine des réseaux maillés sans fil ("Wireless Mesh Network (WMN)" en anglais) suscite un grand intérêt auprès de la communauté des chercheurs en télécommunications. Ceci est dû aux nombreux avantages que la technologie WMN offre, telles que l'installation facile et peu coûteuse, la connectivité fiable et l'interopérabilité flexible avec d'autres réseaux existants (réseaux Wi-Fi, réseaux WiMax, réseaux cellulaires, réseaux de capteurs, etc.). Cependant, plusieurs problèmes restent encore à résoudre comme le passage à l'échelle, la sécurité, la qualité de service (QdS), la gestion des ressources, etc. Ces problèmes persistent pour les WMNs, d'autant plus que le nombre des utilisateurs va en se multipliant. Il faut donc penser à améliorer les protocoles existants ou à en concevoir de nouveaux. L'objectif de notre recherche est de résoudre certaines des limitations rencontrées à l'heure actuelle dans les WMNs et d'améliorer la QdS des applications multimédia temps-réel (par exemple, la voix). Le travail de recherche de cette thèse sera divisé essentiellement en trois principaux volets: le contrôle d‟admission du trafic, la différentiation du trafic et la réaffectation adaptative des canaux lors de la présence du trafic en relève ("handoff" en anglais). Dans le premier volet, nous proposons un mécanisme distribué de contrôle d'admission se basant sur le concept des cliques (une clique correspond à un sous-ensemble de liens logiques qui interfèrent les uns avec les autres) dans un réseau à multiples-sauts, multiples-radios et multiples-canaux, appelé RCAC. Nous proposons en particulier un modèle analytique qui calcule le ratio approprié d'admission du trafic et qui garantit une probabilité de perte de paquets dans le réseau n'excédant pas un seuil prédéfini. Le mécanisme RCAC permet d‟assurer la QdS requise pour les flux entrants, sans dégrader la QdS des flux existants. Il permet aussi d‟assurer la QdS en termes de longueur du délai de bout en bout pour les divers flux. Le deuxième volet traite de la différentiation de services dans le protocole IEEE 802.11s afin de permettre une meilleure QdS, notamment pour les applications avec des contraintes temporelles (par exemple, voix, visioconférence). À cet égard, nous proposons un mécanisme d'ajustement de tranches de temps ("time-slots"), selon la classe de service, ED-MDA (Enhanced Differentiated-Mesh Deterministic Access), combiné à un algorithme efficace de contrôle d'admission EAC (Efficient Admission Control), afin de permettre une utilisation élevée et efficace des ressources. Le mécanisme EAC prend en compte le trafic en relève et lui attribue une priorité supérieure par rapport au nouveau trafic pour minimiser les interruptions de communications en cours. Dans le troisième volet, nous nous intéressons à minimiser le surcoût et le délai de re-routage des utilisateurs mobiles et/ou des applications multimédia en réaffectant les canaux dans les WMNs à Multiples-Radios (MR-WMNs). En premier lieu, nous proposons un modèle d'optimisation qui maximise le débit, améliore l'équité entre utilisateurs et minimise le surcoût dû à la relève des appels. Ce modèle a été résolu par le logiciel CPLEX pour un nombre limité de noeuds. En second lieu, nous élaborons des heuristiques/méta-heuristiques centralisées pour permettre de résoudre ce modèle pour des réseaux de taille réelle. Finalement, nous proposons un algorithme pour réaffecter en temps-réel et de façon prudente les canaux aux interfaces. Cet algorithme a pour objectif de minimiser le surcoût et le délai du re-routage spécialement du trafic dynamique généré par les appels en relève. Ensuite, ce mécanisme est amélioré en prenant en compte l‟équilibrage de la charge entre cliques.

Gestion des ressources dans les réseaux cellulaires sans fil

L’émergence de nouvelles applications et de nouveaux services (tels que les applications multimédias, la voix-sur-IP, la télévision-sur-IP, la vidéo-sur-demande, etc.) et le besoin croissant de mobilité des utilisateurs entrainent une demande de bande passante de plus en plus croissante et une difficulté dans sa gestion dans les réseaux cellulaires sans fil (WCNs), causant une dégradation de la qualité de service. Ainsi, dans cette thèse, nous nous intéressons à la gestion des ressources, plus précisément à la bande passante, dans les WCNs. Dans une première partie de la thèse, nous nous concentrons sur la prédiction de la mobilité des utilisateurs des WCNs. Dans ce contexte, nous proposons un modèle de prédiction de la mobilité, relativement précis qui permet de prédire la destination finale ou intermédiaire et, par la suite, les chemins des utilisateurs mobiles vers leur destination prédite. Ce modèle se base sur : (a) les habitudes de l’utilisateur en terme de déplacements (filtrées selon le type de jour et le moment de la journée) ; (b) le déplacement courant de l’utilisateur ; (c) la connaissance de l’utilisateur ; (d) la direction vers une destination estimée ; et (e) la structure spatiale de la zone de déplacement. Les résultats de simulation montrent que ce modèle donne une précision largement meilleure aux approches existantes. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons au contrôle d’admission et à la gestion de la bande passante dans les WCNs. En effet, nous proposons une approche de gestion de la bande passante comprenant : (1) une approche d’estimation du temps de transfert intercellulaire prenant en compte la densité de la zone de déplacement en terme d’utilisateurs, les caractéristiques de mobilité des utilisateurs et les feux tricolores ; (2) une approche d’estimation de la bande passante disponible à l’avance dans les cellules prenant en compte les exigences en bande passante et la durée de vie des sessions en cours ; et (3) une approche de réservation passive de bande passante dans les cellules qui seront visitées pour les sessions en cours et de contrôle d’admission des demandes de nouvelles sessions prenant en compte la mobilité des utilisateurs et le comportement des cellules. Les résultats de simulation indiquent que cette approche réduit largement les ruptures abruptes de sessions en cours, offre un taux de refus de nouvelles demandes de connexion acceptable et un taux élevé d’utilisation de la bande passante. Dans la troisième partie de la thèse, nous nous penchons sur la principale limite de la première et deuxième parties de la thèse, à savoir l’évolutivité (selon le nombre d’utilisateurs) et proposons une plateforme qui intègre des modèles de prédiction de mobilité avec des modèles de prédiction de la bande passante disponible. En effet, dans les deux parties précédentes de la thèse, les prédictions de la mobilité sont effectuées pour chaque utilisateur. Ainsi, pour rendre notre proposition de plateforme évolutive, nous proposons des modèles de prédiction de mobilité par groupe d’utilisateurs en nous basant sur : (a) les profils des utilisateurs (c’est-à-dire leur préférence en termes de caractéristiques de route) ; (b) l’état du trafic routier et le comportement des utilisateurs ; et (c) la structure spatiale de la zone de déplacement. Les résultats de simulation montrent que la plateforme proposée améliore la performance du réseau comparée aux plateformes existantes qui proposent des modèles de prédiction de la mobilité par groupe d’utilisateurs pour la réservation de bande passante.

A Novel Cache Resolution Technique For Cooperative Caching In Wireless Mobile Networks

Cooperative caching is used in mobile ad hoc networks to reduce the latency perceived by the mobile clients while retrieving data and to reduce the traffic load in the network. Caching also increases the availability of data due to server disconnections. The implementation of a cooperative caching technique essentially involves four major design considerations (i) cache placement and resolution, which decides where to place and how to locate the cached data (ii) Cache admission control which decides the data to be cached (iii) Cache replacement which makes the replacement decision when the cache is full and (iv) consistency maintenance, i.e. maintaining consistency between the data in server and cache. In this paper we propose an effective cache resolution technique, which reduces the number of messages flooded in to the network to find the requested data. The experimental results gives a promising result based on the metrics of studies.

CAC controlled services sharing a link with connectionless data services in an ATM network: a performance evaluation study

In the B-ISDN there is a provision for four classes of services, all of them supported by a single transport network (the ATM network). Three of these services, the connected oriented (CO) ones, permit connection access control (CAC) but the fourth, the connectionless oriented (CLO) one, does not. Therefore, when CLO service and CO services have to share the same ATM link, a conflict may arise. This is because a bandwidth allocation to obtain maximum statistical gain can damage the contracted ATM quality of service (QOS); and vice versa, in order to guarantee the contracted QOS, the statistical gain have to be sacrificed. The paper presents a performance evaluation study of the influence of the CLO service on a CO service (a circuit emulation service or a variable bit-rate service) when sharing the same link