Software-defined connectivity in a mobile environment

Abstract

Broadband Internet access on trains has become an expected service for passengers, and the rise in quality demand has been posing a challenge to service providers. There are solutions for Internet access on trains that lack the flexibility and redundancy needed for an improved QoS in the network. Thus, this dissertation studies two new load balancing solutions, one distributed and the other centralized. In an emulated train network, routers of each car communicate their network statistics to other nodes of the network, to be used in load balancing decisions. In the distributed solution, each router has the capacity to make load balancing decisions, while in the centralized solution, an onboard controller makes those decisions. The latter solution is based on load balancing in an SDN environment. In this system, a remote entity aggregates the passengers’ traffic and forwards it to an external network, or to the Internet. The systems must provide an improved quality of experience to the passengers on the train and the total avaliable bandwidth should be distributed evenly by all cars. Requirements were established for the systems, which were developed after an in-depth analysis of solutions for Internet access on board found in the literature. After obtaining the results of the performance tests, it was concluded that the systems improve the QoE of the passengers, as long as the network conditions are approximately constant for an extended period.

O acesso à Internet de banda larga em comboios tornou-se num serviço esperado por parte dos passageiros e o aumento na exigência de qualidade tem constituído um desafio para os prestadores de serviços. Existem soluções de acesso à Internet em comboios que carecem da flexibilidade e redundância necessárias para uma melhor qualidade de serviço na rede. Assim, esta dissertação estuda duas novas soluções de balanceamento de carga, uma distribuída e outra centralizada. Numa rede de comboio emulada, routers de cada carruagem comunicam as suas estatísticas de rede para outros nós da rede, para posteriormente serem tomadas decisões de balanceamento de carga. Na solução distribuída, cada router tem capacidade de tomar decisões de balanceamento de carga, enquanto que na solução centralizada, um controlador dentro do comboio toma essas decisões. Esta última solução baseiase num balanceamento de carga em ambiente SDN. Neste sistema, uma entidade remota agrega o tráfego dos passageiros e encaminha-o para uma rede externa, ou para a Internet. Os sistemas devem proporcionar uma qualidade de experiência melhorada aos passageiros do comboio e a largura de banda total disponível deve ser distribuída mais uniformememente por todas as carruagens. Requisitos foram estabelecidos para os sistemas, que foram desenvolvidos após uma análise aprofundada das soluções de acesso à Internet em comboios encontradas na literatura. Após a obtenção dos resultados dos testes de desempenho, concluiu-se que as duas soluções melhoram o QoE dos passageiros, desde que as condições da rede sejam aproximadamente constantes durante um certo período.