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Design and Evaluation of Components for Future Internet Architectures

Entwurf und Bewertung von Komponenten für zukünftige Internet Architekturen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-93134
  • Today’s Internet architecture was not designed from scratch but was driven by new services that emerged during its development. Hence, it is often described as patchwork where additional patches are applied in case new services require modifications to the existing architecture. This process however is rather slow and hinders the development of innovative network services with certain architecture or network requirements. Currently discussed technologies like Software-Defined Networking (SDN) or Network Virtualization (NV) are seen as keyToday’s Internet architecture was not designed from scratch but was driven by new services that emerged during its development. Hence, it is often described as patchwork where additional patches are applied in case new services require modifications to the existing architecture. This process however is rather slow and hinders the development of innovative network services with certain architecture or network requirements. Currently discussed technologies like Software-Defined Networking (SDN) or Network Virtualization (NV) are seen as key enabling technologies to overcome this rigid best effort legacy of the Internet. Both technologies offer the possibility to create virtual networks that accommodate the specific needs of certain services. These logical networks are operated on top of a physical substrate and facilitate flexible network resource allocation as physical resources can be added and removed depending on the current network and load situation. In addition, the clear separation and isolation of networks foster the development of application-aware networks that fulfill the special requirements of emerging applications. A prominent use case that benefits from these extended capabilities of the network is denoted with service component mobility. Services hosted on Virtual Machines (VMs) follow their consuming mobile endpoints, so that access latency as well as consumed network resources are reduced. Especially for applications like video streaming, which consume a large fraction of the available resources, is this an important means to relieve the resource constraints and eventually provide better service quality. Service and endpoint mobility both allow an adaptation of the used paths between an offered service, i.e., video streaming and the consuming users in case the service quality drops due to network problems. To make evidence-based adaptations in case of quality drops, a scalable monitoring component is required that is able to monitor the service quality for video streaming applications with reliable accuracy. This monograph details challenges that arise when deploying a certain service, i.e., video streaming, in a future virtualized network architecture and discusses possible solutions. In particular, this work evaluates the performance of mechanisms enabling service mobility and presents an optimized architecture for service mobility. Concerning endpoint mobility, improvements are developed that reduce the latency between endpoints and consumed services and ensure connectivity regardless of the used mobile access network. In the last part, a network-based video quality monitoring solution is developed and its accuracy is evaluated.show moreshow less
  • Die derzeitige Internetarchitektur wurde nicht in einem geplanten Prozess konzipiert und entwickelt, sondern hat vielmehr eine evolutionsartige Entwicklung hinter sich. Auslöser für die jeweiligen Evolutionsschritte waren dabei meist aufstrebende Anwendungen, welche neue Anforderungen an die zugrundeliegende Netzarchitektur gestellt haben. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden häufig neuartige Dienste oder Protokolle spezifiziert und in die bestehende Architektur integriert. Dieser Prozess ist jedoch meist mit hohem Aufwand verbunden undDie derzeitige Internetarchitektur wurde nicht in einem geplanten Prozess konzipiert und entwickelt, sondern hat vielmehr eine evolutionsartige Entwicklung hinter sich. Auslöser für die jeweiligen Evolutionsschritte waren dabei meist aufstrebende Anwendungen, welche neue Anforderungen an die zugrundeliegende Netzarchitektur gestellt haben. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden häufig neuartige Dienste oder Protokolle spezifiziert und in die bestehende Architektur integriert. Dieser Prozess ist jedoch meist mit hohem Aufwand verbunden und daher sehr träge, was die Entwicklung und Verbreitung innovativer Dienste beeinträchtigt. Derzeitig diskutierte Konzepte wie Software-Defined Networking (SDN) oder Netzvirtualisierung (NV) werden als eine Möglichkeit angesehen, die Altlasten der bestehenden Internetarchitektur zu lösen. Beiden Konzepten gemein ist die Idee, logische Netze über dem physikalischen Substrat zu betreiben. Diese logischen Netze sind hochdynamisch und können so flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Anwendungen angepasst werden. Insbesondere erlaubt das Konzept der Virtualisierung intelligentere Netzknoten, was innovative neue Anwendungsfälle ermöglicht. Ein häufig in diesem Zusammenhang diskutierter Anwendungsfall ist die Mobilität sowohl von Endgeräten als auch von Diensten an sich. Die Mobilität der Dienste wird hierbei ausgenutzt, um die Zugriffsverzögerung oder die belegten Ressourcen im Netz zu reduzieren, indem die Dienste zum Beispiel in für den Nutzer geographisch nahe Datenzentren migriert werden. Neben den reinen Mechanismen bezüglich Dienst- und Endgerätemobilität sind in diesem Zusammenhang auch geeignete Überwachungslösungen relevant, welche die vom Nutzer wahrgenommene Dienstgüte bewerten können. Diese Lösungen liefern wichtige Entscheidungshilfen für die Migration oder überwachen mögliche Effekte der Migration auf die erfahrene Dienstgüte beim Nutzer. Im Falle von Video Streaming ermöglicht ein solcher Anwendungsfall die flexible Anpassung der Streaming Topologie für mobile Nutzer, um so die Videoqualität unabhängig vom Zugangsnetz aufrechterhalten zu können. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird der beschriebene Anwendungsfall am Beispiel einer Video Streaming Anwendung näher analysiert und auftretende Herausforderungen werden diskutiert. Des Weiteren werden Lösungsansätze vorgestellt und bezüglich ihrer Effizienz ausgewertet. Im Detail beschäftigt sich die Arbeit mit der Leistungsanalyse von Mechanismen für die Dienstmobilität und entwickelt eine Architektur zur Optimierung der Dienstmobilität. Im Bereich Endgerätemobilität werden Verbesserungen entwickelt, welche die Latenz zwischen Endgerät und Dienst reduzieren oder die Konnektivität unabhängig vom Zugangsnetz gewährleisten. Im letzten Teilbereich wird eine Lösung zur Überwachung der Videoqualität im Netz entwickelt und bezüglich ihrer Genauigkeit analysiert.show moreshow less

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Metadaten
Author: Dominik Werner Klein
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-93134
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Referee:Prof. Dr.-Ing. Phuoc Tran-Gia
Date of final exam:2014/02/04
Language:English
ISSN:1432-8801
Year of Completion:2014
Series (Serial Number):Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme (01/14)
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-9313
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
GND Keyword:Leistungsbewertung; Netzwerkmanagement; Virtuelles Netzwerk; Mobiles Internet
Tag:Endpoint Mobility; Service Mobility; Video Quality Monitoring
CCS-Classification:C. Computer Systems Organization / C.2 COMPUTER-COMMUNICATION NETWORKS
C. Computer Systems Organization / C.4 PERFORMANCE OF SYSTEMS
Release Date:2014/03/20
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht