Communication middleware for the future mobile internet

Abstract

A evolução constante em novas tecnologias que providenciam suporte à forma como os nossos dispositivos se ligam, bem como a forma como utilizamos diferentes capacidades e serviços on-line, criou um conjunto sem precedentes de novos desafios que motivam o desenvolvimento de uma recente área de investigação, denominada de Internet Futura. Nesta nova área de investigação, novos aspectos arquiteturais estão ser desenvolvidos, os quais, através da re-estruturação de componentes nucleares subjacentesa que compõem a Internet, progride-a de uma forma capaz de não são fazer face a estes novos desafios, mas também de a preparar para os desafios de amanhã. Aspectos chave pertencendo a este conjunto de desafios são os ambientes de rede heterogéneos compostos por diferentes tipos de redes de acesso, a cada vez maior mudança do tráfego peer-to-peer (P2P) como o tipo de tráfego mais utilizado na Internet, a orquestração de cenários da Internet das Coisas (IoT) que exploram mecanismos de interação Maquinaa-Maquina (M2M), e a utilização de mechanismos centrados na informação (ICN). Esta tese apresenta uma nova arquitetura capaz de simultaneamente fazer face a estes desafios, evoluindo os procedimentos de conectividade e entidades envolvidas, através da adição de uma camada de middleware, que age como um mecanismo de gestão de controlo avançado. Este mecanismo de gestão de controlo aproxima as entidades de alto nível (tais como serviços, aplicações, entidades de gestão de mobilidade, operações de encaminhamento, etc.) com as componentes das camadas de baixo nível (por exemplo, camadas de ligação, sensores e atuadores), permitindo uma otimização conjunta dos procedimentos de ligação subjacentes. Os resultados obtidos não só sublinham a flexibilidade dos mecanismos que compoem a arquitetura, mas também a sua capacidade de providenciar aumentos de performance quando comparados com outras soluÇÕes de funcionamento especÍfico, enquanto permite um maior leque de cenáios e aplicações.

The constant evolution in new technologies that support the way our devices are able to connect, as well the way we use available on-line services and capabilities, has created a set of unprecedented new challenges that motivated the development of a recent research trend known as the Future Internet. In this research trend, new architectural aspects are being developed which, through the restructure of underlying core aspects composing the Internet, reshapes it in a way capable of not only facing these new challenges, but also preparing it to tackle tomorrow’s new set of complex issues. Key aspects belonging to this set of challenges are heterogeneous networking environments composed by di↵erent kinds of wireless access networks, the evergrowing change from peer-to-peer (P2P) to video as the most used kind of traffic in the Internet, the orchestration of Internet of Things (IoT) scenarios exploiting Machine-to-Machine (M2M) interactions, and the usage of Information-Centric Networking (ICN). This thesis presents a novel framework able to simultaneous tackle these challenges, empowering connectivity procedures and entities with a middleware acting as an advanced control management mechanism. This control management mechanism brings together both high-level entities (such as application services, mobility management entities, routing operations, etc.) with the lower layer components (e.g., link layers, sensor devices, actuators), allowing for a joint optimization of the underlying connectivity and operational procedures. Results highlight not only the flexibility of the mechanisms composing the framework, but also their ability in providing performance increases when compared with other specific purpose solutions, while allowing a wider range of scenarios and deployment possibilities.