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Implementation and evaluation of the QoS-A transport system
Full text linkThe long awaited 'new environment' of high speed broadband networks and multimedia applications is fast becoming a reality. However,few systems in existence today, whether they be large scale pilots or small scale test-beds in research labs, offer a fully integrated and flexible environment where multimedia applications can maximally exploit the quality of service (QoS) capabilities of supporting networks and end-systems. In this paper we describe the implementation of an adaptive transport system that incorporates a QoS oriented API and a range of mechanisms to assist applications in exploiting QoS and adapting to fluctuations in QoS. The system, which is an instantiation of the QoS Architecture (QoS-A), is implemented in a multi ATM switch network environment with Linux based PC end systems and continuous media file servers. A performance evaluation of the system configured to support Video-on-Demand application scenario is presented and discussed. Emphasis is placed on novel features of the system and on their integration into a complete prototype. The most prominent novelty of our design is a 'distributed QoS adaptation' scheme which allows applications to delegate to the system responsibility for augmenting and reducing the perceptual quality of video and audio flows when resource availability increases or decreases
The OpenFlow rules placement problem : a black box approach
No full textLe grand nombre d’appareils connectés combiné au volume croissant de trafic ont poussé les réseaux dans leurs derniers retranchements. Pour résoudre ce problème, l’approche “Software-Defined Networking” (SDN) qui découple le plan de contrôle du plan de données a été proposée. OpenFlow est un nouveau protocole qui réalise le concept SDN. Pour traiter ces flux, OpenFlow utilise des listes de règles sur les commutateurs. Ces règles sont utilisées pour déterminer les actions dans le réseau. Ceci permet de simplifier la mise en place de services réseaux complexes mais soulève la question de savoir quelles règles définir et où les placer dans le réseau afin d’en respecter ses contraintes. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le problème de placement de règles dans OpenFlow (ORPP) et proposons une abstraction de type boite noire afin de masquer la gestion du réseau. Tout d'abord, nous formalisons le problème de placement de règles et faisons une étude des solutions existantes. Les solutions existantes sont cependant inefficaces car elles reposent majoritairement sur le concept du plus court chemin. Nous proposons de relaxer le problème en autorisant l’utilisation de chemins arbitraires et proposons deux algorithmes complémentaires : OFFICER et aOFFICER. L'idée générale d’OFFICER et aOFFICER est d’utiliser les chemins les plus efficaces pour le trafic de haute importance et autoriser le trafic de plus basse importance à suivre des détours. Ces deux propositions sont évaluées en utilisant des traces de trafic. Finalement, nous appliquons le principe de la boite noire pour améliorer les performances d'un service de diffusion de contenus dans les réseaux cellulairesThe massive number of connected devices combined with an increasing traffic push network operators to their limit by limiting their profitability. To tackle this problem, Software-Defined Networking (SDN), which decouples network control logic from forwarding devices, has been proposed. An important part of the SDN concepts is implemented by the OpenFlow protocol that abstracts network communications as flows and processes them using a prioritized list of rules on the network forwarding elements. While the abstraction offered by OpenFlow allows to implement many applications, it raises the new problem of how to define the rules and where to place them in the network while respecting all requirements, which we refer as the OpenFlow Rules Placement Problem (ORPP). In this thesis, we focus on the ORPP and hide the complexity of network management by proposing a black box abstraction. First, we formalize that problem, classify and discuss existing solutions. We discover that most of the solutions enforce the routing policy when placing rules, which is not memory efficient in some cases. Second, by trading routing for better resource efficiency, we propose OFFICER and aOFFICER, two frameworks that select OpenFlow rules satisfying policies and network constraints, while minimizing overheads. The main idea of OFFICER an aOFFICER is to give high priority for large flows to be installed on efficient paths, and let other flows follow default paths. These proposals are evaluated and compared to existing solutions in realistic scenarios. Finally, we study a use case of the black box abstraction, in which we improve the performance of content delivery services in cellular network
Improving transparency and end-user control in mobile
No full textLes terminaux mobiles (smartphones et tablettes) sont devenus les terminaux les plus populaires pour accéder à Internet. Cependant, l'écosystème incluant les terminaux mobiles est maintenu opaque à cause des intérêts financiers des différents acteurs : les concepteurs des systèmes d'exploitation et des applications, les opérateurs des "stores", et les FAI. Cette opacité est renforcée par le peu de contrôle qu'ont les utilisateurs sur les informations échangées par leur terminal. Pour résoudre ce problème d'opacité et de manque de contrôle, on a créé une plate-forme, Meddle, qui utilise la redirection de trafic des terminaux mobiles pour analyser et modifier ce trafic. Contrairement aux solutions qui nécessitent d'être implémentées sur le terminal, Meddle combine les techniques de VPN et de "middlebox" pour offrir une solution indépendante de l'OS, du FAI et de l'accès radio. On a utilisé Meddle pour des expérimentations contrôlées et pour une étude utilisateurs approvée par un IRB. On a observé que des applications populaires sous iOS et Android exposaient des informations personnelles dans le traffic réseau en clair et chiffré. On a ensuite exploité Meddle pour prévenir ces fuites d'informations privées. On a également utilisé Meddle pour étudier les caractéristiques réseaux du trafic vidéo sur Internet. On a trouvé que ce trafic dépend fortement du type de terminal, de l'application utilisée pour regarder la vidéo (application native ou navigateur Web) et du contenant (HTML5, Flash, Silverlight). Ce résultat montre qu'un changement dans le terminal, l'application ou le contenant peut avoir un impact important sur le réseau.Mobile devices are increasingly becoming the primary device to access the Internet. Despite this thriving popularity, the current mobile ecosystem is largely opaque because of the vested monetary interests of its key players: mobile OS providers, creators of mobile applications, stores for mobile applications and media content, and ISPs. This problem of opaqueness is further aggravated by the limited control end-users have over the information exchanged by their mobile devices. To address this problem of opaqueness and lack of control, we create a user-centric platform, Meddle, that uses traffic indirection to diagnose mobile devices. Compared to an on-device solution, Meddle uses two well-known technologies, VPNs and middleboxes, and combines them to provide an OS, ISP, and access technology agnositic solution. We use Meddle for controlled experiments and an IRB approved study, and ob- served that popular iOS and Android applications leak personally identifiable information in the clear and also over SSL. We then use Meddle to prevent further leaks. We also use our platform to detail the network characteristics of video streaming services, the most popular Web-service in the current Internet. We observe that the network traffic characteristics vary vastly with the device (mobile or desktop), application (native applications and also between individual desktop browsers), and container (HTML5, Flash, and Silverlight). This observation is important because the increased adoption of one application or streaming service could have a significant impact on the network traffic, for example, an increase in the usage of mobile applications
A generic approach to network experiment automation
No full textCette thèse propose une approche générique pour automatiser des expériences sur des réseaux quelle que soit la technologie utilisée ou le type de plate-forme d'évaluation. L'approche proposée est basée sur l'abstraction du cycle de vie de l'expérience en étapes génériques à partir desquelles un modèle d'expérience et des primitives d'expérimentation sont dérivés. Une architecture générique d'expérimentation est proposée, composée d'un modèle d'expérience générique, d'une interface pour programmer des expériences et d'un algorithme d'orchestration qui peux être adapté aux simulateurs, émulateurs et bancs d'essai de réseaux. La faisabilité de cette approche est démontrée par la mise en œuvre d'un framework capable d'automatiser des expériences sur toute combinaison de ces plateformes. Trois aspects principaux du framework sont évalués : son extensibilité pour s'adapter à tout type de plate-forme, son efficacité pour orchestrer des expériences et sa flexibilité pour permettre des cas d'utilisation divers, y compris l'enseignement, la gestion des plate-formes et l'expérimentation avec des plates-formes multiples. Les résultats montrent que l'approche proposée peut être utilisée pour automatiser efficacement l'expérimentation sur les plates-formes d'évaluation hétérogènes et pour un éventail de scénarios variés.This thesis proposes a generic approach to automate network experiments for scenarios involving any networking technology on any type of network evaluation platform. The proposed approach is based on abstracting the experiment life cycle of the evaluation platforms into generic steps from which a generic experiment model and experimentation primitives are derived. A generic experimentation architecture is proposed, composed of an experiment model, a programmable experiment interface and an orchestration algorithm that can be adapted to network simulators, emulators and testbeds alike. The feasibility of the approach is demonstrated through the implementation of a framework capable of automating experiments using any combination of these platforms. Three main aspects of the framework are evaluated: its extensibility to support any type of platform, its efficiency to orchestrate experiments and its flexibility to support diverse use cases including education, platform management and experimentation with multiple platforms. The results show that the proposed approach can be used to efficiently automate experimentation on diverse platforms for a wide range of scenarios
The Impact of the Circuit Non-Idealities on the System-Level Communication Metrics in Reconfigurable Intelligent Surfaces
No full textReconfigurable Intelligent Surface (RIS) represents a crucial technology for the advancement of wireless communications, particularly in the context of 5G and beyond. To the best of our knowledge, there is no work in literature which investigates a possible link between circuit parameters, which are necessary for the representation of the unit cell and its reconfigurability circuit, and the system parameters, in order to evaluate the performance of a RIS-assisted communication. This work aims to address this gap by establishing a link between the two types of parameters. Another fundamental contribution concerns the study of the effects of quantization of the phase values associated with the unit cell on communication performance. In this paper, the scenarios with continuous and quantized phase values were considered, as well as effects of the quantization, taking into account the impact of circuit components within RIS-unit cells
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Enhanced transport-layer mechanisms for MEC-assisted cellular networks
No full textLa résolution des problèmes de la couche transport dans les réseaux cellulaires est toujours un sujet d'actualité, malgré le fait que de nombreuses solutions ont été proposées au cours des dernières décennies. Une des raisons qui pourrait expliquer ce phénomène, est la difficulté d'adoption des solutions proposées dans le monde réel car elles nécessitent soit des changements drastiques dans la pile protocolaire des réseaux cellulaires (au niveau de l'UE et/ou au niveau de la station de base), soit un effort de normalisation pour que les en-têtes TCP puissent inclure des informations radio. Une autre raison est le fait que la plupart de ces solutions ne sont efficaces que dans quelques scénarios et ne parviennent pas à résoudre les problèmes de couche transport considérés d'une manière générale ou à grande échelle.Inspiré par ces limitations et aussi par la tendance grandissante vers le traitement à la bordure des réseaux mobiles ou Multi-access Edge Computing (MEC), nous nous sommes donné comme objectif dans cette thèse de démontrer qu'un très grand nombre de problèmes de couche transport dans un réseau cellulaire avec nœuds de traitement en bordure du réseau (scénario MEC), peuvent être resolus sans nécessiter de modifications dans l'appareil de l'utilisateur final ou dans la pile protocolaire 4G/5G. À cette fin, nous proposons de nouvelles solutions d'optimisation de la couche de transport qui exploitent le service de collecte d'informations radio du MEC (nommé RNIS) et d'autres moyens fournis par l'environnement MEC pour améliorer certains mécanismes clés de la couche transport tels que, le mécanisme de démarrage lent ou slow start, le mécanisme d'évitement de congestion ou régime permanent, le mécanisme de détection des pertes, ou encore le mécanisme de contrôle de flux. Nous montrons l'efficacité de cette approche en proposant d'abord SIGMA, un algorithme de contrôle de congestion (CCA) orienté lien-montant (uplink) qui surpasse les performances de BBR et des CCAs existants en termes de débit et de délai; puis nous proposons et implémentons MELD, un algorithme de discrimination de pertes capable d'améliorer jusqu'à 80% le débit des CCAs de type loss-based (i.e., les CCAs qui utilisent les pertes comme signaux de congestion) en cas de pertes aléatoires; et enfin nous proposons RAPID, un proxy d'amélioration de performance (PEP) qui tient compte de l'environnement radio et qui permet de réduire les augmentations de délais de bout-en-bout de manière transparente par un facteur de 10 à 50 sans introduire une diminution de débit, et ceci, quel que soit le nombre ou le comportement des flux TCP partageant la file d'attente dédiée à l'utilisateur. Enfin, nous avons implémenté les solutions MELD et RAPID sur Linux et avons validé leurs performances dans un réseau 4G basé sur OpenAirInterface et FlexRAN.Addressing transport-layer issues in cellular networks is still a hot research topic, despite the fact that a wide range of solutions have been proposed over the last decades. One reason that could explain this phenomenon is the difficulties in the real-world adoption of the proposed solutions as they require either drastic changes in the cellular network protocol stack (in the UE and/or in the base station) or a standardization effort so that TCP headers can include radio information. Another reason is the fact that most of these solutions are effective only in a few scenarios and fail to mitigate the transport-layer issues considered on a global or large scale.Inspired by these limitations and the growing trend towards Mobile and Multi-Access Edge Computing (MEC), we set out in this thesis to demonstrate that several transport-layer issues in a MEC-enabled 4G/5G network can be mitigated without requiring any modifications in the end-user's device or in the 4G/5G stack. To this end, we propose novel transport-layer optimization solutions that leverage the MEC Radio Network Information Service (RNIS) and other MEC capabilities to improve some key traditional transport-layer mechanisms such as slow start, steady state behavior, loss detection and flow control mechanisms. We show the efficiency of this approach by first proposing SIGMA, an uplink-oriented Congestion Control Algorithms (CCA) that outperforms BBR and existing CCAs in terms of throughput and delay; then we propose and implement MELD, a loss discrimination algorithm that can improve the throughput of loss-based CCAs by up to 80% in case of wireless/random losses; and lastly we propose RAPID, a RAN-aware Performance Enhancing Proxy (PEP) capable of transparently reducing the increase in delay by a factor of 10 to 50 without lowering the throughput, regardless of the number or the behaviors of the TCP flows sharing the same per-user buffer. Finally, we implement MELD and RAPID in Linux and validate their performance in a real-world 4G network based on OpenAirInterface and FlexRAN
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