Intelligent and transparent resource management

Abstract

Wireless access networks have become available almost everywhere. In the same area we can have access to several networks of the same or di erent technologies that can present di erent characteristics. Alongside the evolution of access networks, we have the evolution of terminals. These are currently equipped with a multitude of wireless interfaces, easier to carry and more accessible to users. In uenced by these features, users began to change the way they use their devices to obtain information. The introduction of these new terminals in environments with several networks brings up a high number of new opportunities. The way that available resources are addressed by the users' terminals needs to evolve to a new level. Users' requirements are increasingly stringent and di cult to ful l; however, even with several available networks at terminals' range, they only take advantage of one of them. In this sense, this Thesis proposes a new reliable, exible, context-, resource-, and mobility-aware architecture that can provide e cient communication in heterogeneous and dynamic environments, using all the available networks resources. The Thesis starts with an analytical analysis in terms of the multihoming and network coding impact on typical wireless networks. It is proposed a new approach that combines these concepts to improve the allocation of network resources and the communication process in heterogeneous technologies. The outcome of this study shows the advantages of using multihoming and network coding in terms of the system performance. Next, we evolve this analytical analysis and propose a dynamic architecture capable of integrating multihoming, mobility and context-information. This is then implemented and evaluated in real scenarios with both Wi-Fi and cellular networks. After the implementation of a functional prototype based on information extracted from the environment, we propose a machine learning process able to predict information based on previous actions. The learning mechanism extracts the required information, creates its owns databases in a dynamic way and identi es when the existing information is enough to perform a good prediction. The outcome of this study demonstrates the signi cant reduction of the overhead, enabling a more scalable process. Finally, we go further in the resources management and integrate and evolve our approach to a real vehicular environment, assuming both the single-hop and multihop con gurations. It is developed the capability to split the tra c through the di erent networks, based on the type of tra c, the networks and vehicles characteristics. Furthermore, it is proposed both a downlink and an uplink multihoming approach and integrated the use of network coding. Through this study, we can observe the positive impact of our resource management approach in the network performance and in the vehicles mobility.

As redes sem os têm-se vindo a tornar acessíveis para os utilizadores nos vários locais onde eles se encontram. Na mesma área geográfica e possível ter acesso a diversas redes, da mesma ou de diferentes tecnologias, as quais podem apresentar características distintas. Paralelamente a evolução das redes de acesso, temos a evolução dos terminais. Estes estão actualmente equipados com múltiplas interfaces de rede, mais fáceis de transportar e mais acessíveis aos utilizadores, o que leva a alteração do modo como estes obtêm informação através dos seus dispositivos. A introdução destes novos terminais em ambientes com múltiplas redes de acesso representa um conjunto elevado de novas oportunidades. O modo como os terminais utilizam os recursos disponíveis necessita de evoluir para um novo patamar. As necessidades dos utilizadores são cada vez mais exigentes e difíceis de garantir; no entanto, mesmo com a presença de diversas redes de acesso ao alcance dos terminais, estes apenas tiram partido de uma delas. Neste sentido, esta Tese propõe uma arquitectura de mobilidade e multihoming flexível, baseada em contexto, capaz de fornecer uma comunicação e ciente em ambientes dinâmicos e heterogéneos. Esta Tese inicia com uma analise analítica referente ao impacto na rede devido a utilização dos conceitos de multihoming e network coding, onde e proposta uma abordagem que combina estes dois conceitos de forma a optimizar a alocação dos recursos e o processo de comunicação. Através deste estudo e possível verificar as vantagens da utilização do multihoming e network coding em termos de desempenho do sistema, e validar os algoritmos propostos para obter uma configuração de ambos os mecanismos de forma optimizada. Seguidamente, como evolução a analise analítica, propomos uma arquitectura dinâmica capaz de integrar multihoming, mobilidade e informação de contexto. Esta foi implementada e analisada em cenários reais assumindo tanto redes Wi-Fi como celulares. Após a implementação de um protótipo funcional baseado na informação extra da do meio-ambiente, o processo como esta mesma informação e extra da sofre uma optimização. Com a adopção do conceito de aprendizagem de máquina, e introduzida a capacidade de efectuar previsões com base em acções passadas. E então proposto um mecanismo de aprendizagem que obtém a informação da rede necessária, cria as suas próprias bases de dados de forma dinâmica, e tem a capacidade de identificar se a informação que tem disponível permite efectuar uma boa previsão do estado da rede. Através deste estudo, e possível verificar uma redução significativa do overhead introduzido na rede para a extracção das suas características, atingindo um processo mais escalável. Porém, de forma a evoluir a nossa abordagem de gestão de recursos, esta foi integrada num cenário real de redes veiculares, assumindo tanto ligações de um salto ou de múltiplos saltos. E desenvolvida a capacidade de dividir o tráfego pelas várias redes tendo em conta o tipo de tráfego em analise, bem como as características da rede e mobilidade do veiculo. Para alem disto, e também proposta uma abordagem de multihoming para tráfego de downlink e uplink, e e integrado um mecanismo de network coding para optimização do desempenho da rede nas varias interfaces. Com este estudo podemos observar o impacto positivo na rede do nosso mecanismo de gestão de recursos com mobilidade, multihoming e network coding.