Modeling and optimization techniques for advanced vehicular networking

This thesis deals with optimization techniques and modeling of vehicular networks. Thanks to the models realized with the integer linear programming (ILP) and the heuristic ones, it was possible to study the performances in 5G networks for the vehicular. Thanks to Software-defined networking (SDN) and Network functions virtualization (NFV) paradigms it was possible to study the performances of different classes of service, such as the Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) class and enhanced Mobile BroadBand (eMBB) class, and how the functional split can have positive effects on network resource management. Two different protection techniques have been studied: Shared Path Protection (SPP) and Dedicated Path Protection (DPP). Thanks to these different protections, it is possible to achieve different network reliability requirements, according to the needs of the end user. Finally, thanks to a simulator developed in Python, it was possible to study the dynamic allocation of resources in a 5G metro network. Through different provisioning algorithms and different dynamic resource management techniques, useful results have been obtained for understanding the needs in the vehicular networks that will exploit 5G. Finally, two models are shown for reconfiguring backup resources when using shared resource protection.

Encaminhamento IP com openflow

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Evolving Future Internet clean-slate Entity Title Architecture with quality-oriented control-plane extensions

A Internet atual vem sofrendo vários problemas em termos de escalabilidade, desempenho, mobilidade, etc., devido ao vertiginoso incremento no número de usuários e o surgimento de novos serviços com novas demandas, propiciando assim o nascimento da Internet do Futuro. Novas propostas sobre redes orientadas a conteúdo, como a arquitetura Entidade Titulo (ETArch), proveem novos serviços para este tipo de cenários, implementados sobre o paradigma de redes definidas por software. Contudo, o modelo de transporte do ETArch é equivalente ao modelo best-effort da Internet atual, e vem limitando a confiabilidade das suas comunicações. Neste trabalho, ETArch é redesenhado seguindo o paradigma do sobreaprovisionamento de recursos para conseguir uma alocação de recursos avançada integrada com OpenFlow. Como resultado, o framework SMART (Suporte de Sessões Móveis com Alta Demanda de Recursos de Transporte), permite que a rede defina semanticamente os requisitos qualitativos das sessões para assim gerenciar o controle de Qualidade de Serviço visando manter a melhor Qualidade de Experiência possível. A avaliação do planos de dados e de controle teve lugar na plataforma de testes na ilha do projeto OFELIA, mostrando o suporte de aplicações móveis multimídia com alta demanda de recursos de transporte com QoS e QoE garantidos através de um esquema de sinalização restrito em comparação com o ETArch legado

The Future of the Next-Generation Internet and Possible Applications into Education and Culture Heritage

There are several initiatives such as: US Ignite, Software Defined Networking (SDN), OpenFlow, Global Environment for Network Innovation (GENI), WiMAX and Internet 2 dealing with the future of the internet. The goal of the paper is to understand the goals, intricacies, and nuances of some of these techniques and show some of the possibilities of next-generation high-speed networking and their applications into education and culture heritage.

Security enhancements and flaws of emerging communication technologies

The multi-faced evolution of network technologies ranges from big data centers to specialized network infrastructures and protocols for mission-critical operations. For instance, technologies such as Software Defined Networking (SDN) revolutionized the world of static configuration of the network - i.e., by removing the distributed and proprietary configuration of the switched networks - centralizing the control plane. While this disruptive approach is interesting from different points of view, it can introduce new unforeseen vulnerabilities classes. One topic of particular interest in the last years is industrial network security, an interest which started to rise in 2016 with the introduction of the Industry 4.0 (I4.0) movement. Networks that were basically isolated by design are now connected to the internet to collect, archive, and analyze data. While this approach got a lot of momentum due to the predictive maintenance capabilities, these network technologies can be exploited in various ways from a cybersecurity perspective. Some of these technologies lack security measures and can introduce new families of vulnerabilities. On the other side, these networks can be used to enable accurate monitoring, formal verification, or defenses that were not practical before. This thesis explores these two fields: by introducing monitoring, protections, and detection mechanisms where the new network technologies make it feasible; and by demonstrating attacks on practical scenarios related to emerging network infrastructures not protected sufficiently. The goal of this thesis is to highlight this lack of protection in terms of attacks on and possible defenses enabled by emerging technologies. We will pursue this goal by analyzing the aforementioned technologies and by presenting three years of contribution to this field. In conclusion, we will recapitulate the research questions and give answers to them.

SDN e sperimentazioni di VM migration

Le nuove teorie di rete come Software Defined Networking Network Function Virtualization, insieme alle teorie Cognitive/Autonomics consentono di abilitare scenari futuri “disruptive” di rete. Lo scopo di questa tesi è quello di esplorare questi scenari futuri e di capire il ruolo della migrazione di funzioni di rete, sotto forma di Virtual Machine. Si vuole affrontare la migrazione di Virtual Machine dal punto di vista delle performance, ma anche come strumento di gestione delle risorse in uno scenario di rete d'accesso autonomica.

Problematiche di sicurezza nelle software defined networks

Questa tesi ha l’obiettivo di comprendere e valutare se l’approccio al paradigma SDN, che verrà spiegato nel capitolo 1, può essere utilizzato efficacemente per implementare dei sistemi atti alla protezione e alla sicurezza di una rete più o meno estesa. Oltre ad introdurre il paradigma SDN con i relativi componenti basilari, si introduce il protocollo fondamentale OpenFlow, per la gestione dei vari componenti. Per ottenere l’obiettivo prestabilito, si sono seguiti alcuni passaggi preliminari. Primo tra tutti si è studiato cos’è l’SDN. Esso introduce una potenziale innovazione nell’utilizzo della rete. La combinazione tra la visione globale di tutta la rete e la programmabilità di essa, rende la gestione del traffico di rete un processo abbastanza complicato in termini di livello applicativo, ma con un risultato alquanto performante in termini di flessibilità. Le alterazioni all’architettura di rete introdotte da SDN devono essere valutate per garantire che la sicurezza di rete sia mantenuta. Le Software Defined Network (come vedremo nei primi capitoli) sono in grado di interagire attraverso tutti i livelli del modello ISO/OSI e questa loro caratteristica può creare problemi. Nelle reti odierne, quando si agisce in un ambiente “confinato”, è facile sia prevedere cosa potrebbe accadere, che riuscire a tracciare gli eventi meno facilmente rilevabili. Invece, quando si gestiscono più livelli, la situazione diventa molto più complessa perché si hanno più fattori da gestire, la variabilità dei casi possibili aumenta fortemente e diventa più complicato anche distinguere i casi leciti da quelli illeciti. Sulla base di queste complicazioni, ci si è chiesto se SDN abbia delle problematiche di sicurezza e come potrebbe essere usato per la sicurezza. Per rispondere a questo interrogativo si è fatta una revisione della letteratura a riguardo, indicando, nel capitolo 3, alcune delle soluzioni che sono state studiate. Successivamente si sono chiariti gli strumenti che vengono utilizzati per la creazione e la gestione di queste reti (capitolo 4) ed infine (capitolo 5) si è provato ad implementare un caso di studio per capire quali sono i problemi da affrontare a livello pratico. Successivamente verranno descritti tutti i passaggi individuati in maniera dettagliata ed alla fine si terranno alcune conclusioni sulla base dell’esperienza svolta.

SDN: il futuro della rete - stato dell'arte e casi reali

La tesi analizza un emergente paradigma di rete, Software Defined Network, evidenziandone i punti di forza e mettendone quindi in luce i conseguenti vantaggi, le potenzialità, le limitazioni, l’attuabilità e i benefici, nonché eventuali punti di debolezza.

SDN: analisi delle soluzioni industriali

Questa tesi di rassegna si pone l'obiettivo di esaminare i motivi che hanno portato alla progettazione del modello Software Defined Networking e analizzarne le caratteristiche principali. L'obiettivo è stato raggiunto attraverso un'analisi attenta dello stato dell'arte, in cui sono state evidenziate le problematiche dell'architettura tradizionale e i requisiti delle reti di nuova generazione che hanno portato i progettisti di rete a riconsiderare il modello attualmente diffuso. Dopo aver scritto in modo approfondito delle caratteristiche e dei benefici di SDN, è stata posta l'enfasi sul protocollo OpenFlow riconosciuto come fattore abilitante del modello oggetto della tesi. Infine sono state analizzate le soluzioni, che si ispirano a SDN, di tre colossi dell'informatica quali HP, Google e Cisco.

Piano di controllo SDN per la composizione dinamica di funzioni di rete virtuali

Il documento analizza i vantaggi introdotti nel mondo delle telecomunicazioni dai paradigmi di Software Defined Networking e Network Functions Virtualization: questi nuovi approcci permettono di creare reti programmabili e dinamiche, mantenendo alte le prestazioni. L’obiettivo finale è quello di capire se tramite la generalizzazione del codice del controller SDN , il dispositivo programmabile che permette di gestire gli switch OpenFlow, e la virtualizzazione delle reti, si possa risolvere il problema dell’ossificazione della rete Internet.

Desarrollo de servicios de distribución de contenidos multimedia en redes corporativas con tecnología SDN

En la actualidad, es ampliamente conocido que uno de los principales desafíos que enfrentan las organizaciones es el crecimiento de Internet, tanto en número de clientes como en tráfico multimedia. Una red de entrega de contenidos (CDN, Content Delivery Network) es una opción para mejorar la experiencia de los usuarios finales, es decir, hacer más eficiente y fiable la distribución de contenidos. Sin embargo, con los nuevos requisitos de negocio y tecnologías, los operadores de CDN tienen que mejorar la arquitectura de la red. La Red definida por software (SDN, Software Defined Networking) es una nueva arquitectura de la red con un gran potencial, y el aspecto principal es la separación de los planos de datos y de control. El objetivo de este trabajo fin de grado es proporcionar una arquitectura basada en la tecnología SDN para poder sustituir la parte de la redirección DNS en una red CDN

Diseño e implementación de una herramienta de visualización para análisis en tiempo real de redes SDN/OpenFlow

Las Redes Definidas por Software (Software Defined Networking) permiten la monitorización y el control centralizado de la red, de forma que los administradores pueden tener una visión real y completa de la misma. El análisis y visualización de los diferentes parámetros obtenidos representan la forma más viable y práctica de programar la red en función de las necesidades del usuario. Por este motivo, en este proyecto se desarrolla una arquitectura modular cuyo objetivo es presentar en tiempo real la información que se monitoriza en una red SDN. En primera instancia, las diferentes métricas monitorizadas (error, retardo y tasa de datos) son almacenadas en una base de datos, para que en una etapa posterior se realice el análisis de dichas métricas. Finalmente, los resultados obtenidos, tanto de métricas en tiempo real como de los datos estadísticos, son presentados en una aplicación web. La información es obtenida a través de la interfaz REST que expone el controlador Floodlight y para el análisis de la información se plantea una comparación entre los valores medios y máximos del conjunto de datos. Los resultados obtenidos muestran gráficamente de forma clara y precisa las diferentes métricas de monitorización. Además, debido al carácter modular de la arquitectura, se ofrece un valor añadido a los sistemas actuales de monitorización SDN.

Lightweight Middleware for Software Defined Radio (SDR) Inter-Components Communication

The ability to use Software Defined Radio (SDR) in the civilian mobile applications will make it possible for the next generation of mobile devices to handle multi-standard personal wireless devices and ubiquitous wireless devices. The original military standard created many beneficial characteristics for SDR, but resulted in a number of disadvantages as well. Many challenges in commercializing SDR are still the subject of interest in the software radio research community. Four main issues that have been already addressed are performance, size, weight, and power. This investigation presents an in-depth study of SDR inter-components communications in terms of total link delay related to the number of components and packet sizes in systems based on Software Communication Architecture (SCA). The study is based on the investigation of the controlled environment platform. Results suggest that the total link delay does not linearly increase with the number of components and the packet sizes. The closed form expression of the delay was modeled using a logistic function in terms of the number of components and packet sizes. The model performed well when the number of components was large. Based upon the mobility applications, energy consumption has become one of the most crucial limitations. SDR will not only provide flexibility of multi-protocol support, but this desirable feature will also bring a choice of mobile protocols. Having such a variety of choices available creates a problem in the selection of the most appropriate protocol to transmit. An investigation in a real-time algorithm to optimize energy efficiency was also performed. Communication energy models were used including switching estimation to develop a waveform selection algorithm. Simulations were performed to validate the concept.

Spectrum sensing through software defined radio

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Analyses of the usefulness of Software Defined Storage Solutions for Web-based Digital Preservation Applications

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014