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Transition in Monitoring and Network Offloading - Handling Dynamic Mobile Applications and Environments

Richerzhagen, Nils :
Transition in Monitoring and Network Offloading - Handling Dynamic Mobile Applications and Environments.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2019)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Transition in Monitoring and Network Offloading - Handling Dynamic Mobile Applications and Environments
Language: English
Abstract:

Communication demands increased significantly in recent years, as evidenced in studies by Cisco and Ericsson. Users demand connectivity anytime and anywhere, while new application domains such as the Internet of Things and vehicular networking, amplify heterogeneity and dynamics of the resource-constrained environment of mobile networks. These developments pose major challenges to an efficient utilization of existing communication infrastructure. To reduce the burden on the communication infrastructure, mechanisms for network offloading can be utilized. However, to deal with the dynamics of new application scenarios, these mechanisms need to be highly adaptive. Gathering information about the current status of the network is a fundamental requirement for meaningful adaptation. This requires network monitoring mechanisms that are able to operate under the same highly dynamic environmental conditions and changing requirements. In this thesis, we design and realize a concept for transitions within network offloading to handle the former challenges, which constitutes our first contribution. We enable adaptive offloading by introducing a methodology for the identification and encapsulation of gateway selection and clustering mechanisms in the transition-enabled service AssignMe.KOM. To handle the dynamics of environmental conditions, we allow for centralized and decentralized offloading. We generalize and show the significant impact of our concept of transitions within offloading in various, heterogeneous applications domains such as vehicular networking or publish/subscribe. We extend the methodology of identification and encapsulation to the domain of network monitoring in our second contribution. Our concept of a transition-enabled monitoring service AdaptMon.KOM enables adaptive network state observation by executing transitions between monitoring mechanisms. We introduce extensive transition coordination concepts for reconfiguration in both of our contributions. To prevent data loss during complex transition plans that cover multiple coexisting transition-enabled mechanisms, we develop the methodology of inter-proxy state transfer. We target the coexistence of our contributions for the use case of collaborative location retrieval on the example of location-based services. Based on our prototypes of AssignMe.KOM and AdaptMon.KOM, we conduct an extensive evaluation of our contributions in the Simonstrator.KOM platform. We show that our proposed inter-proxy state transfer prevents information loss, enabling seamless execution of complex transition plans that cover multiple coexisting transition-enabled mechanisms. Additionally, we demonstrate the influence of transition coordination and spreading on the success of the network adaptation. We manifest a cost-efficient and reliable methodology for location retrieval by combining our transition-enabled contributions. We show that our contributions allow for adaption on dynamic environmental conditions and requirements in network offloading and monitoring.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die Anforderungen an Kommunikationsnetze sind, nach Cisco und Ericsson, in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Benutzer fordern Konnektivität zu jeder Zeit und an jedem Ort. Neue Anwendungen wie das Internet der Dinge und die Vernetzung von Fahrzeugen, verstärken die Heterogenität und die Dynamik der ressourcenbeschränkten Umgebungen der mobilen Netze. Häufige Anforderungsänderungen, eine starke Netz Diversität und steigende Datenaufkommen stellen Kommunikationssysteme und -mechanismen vor große Herausforderungen. Um die Belastung der Kommunikationsinfrastruktur zu verringern, kann Offloading zur Entlastung der Netze genutzt werden. Um jedoch mit der Dynamik neuer Anwendungsszenarien umgehen zu können, müssen diese Mechanismen sehr anpassungsfähig sein. Die Erfassung von Informationen über den aktuellen Zustand des Netzes ist eine grundlegende Voraussetzung für eine sinnvolle und effiziente Anpassung. Hierfür werden Monitoring-Mechanismen genutzt. Allerdings erfordert die Dynamik der Netze Monitoring-Mechanismen, die in der Lage sind, unter den gleichen hochdynamischen Umgebungsbedingungen und wechselnden Anforderungen arbeiten zu können. In dieser Dissertation erforschen und realisieren wir ein Konzept für Transitionen innerhalb des Offloading in Netzen, um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen. In unserem ersten Beitrag ermöglichen wir adaptives Offloading, indem wir eine Methodik zur Identifizierung und Kapselung von Gateway-Auswahl- und Clustering-Mechanismen in unseren transitionsfähigen Dienst AssignMe.KOM einführen. Um der Dynamik der Umgebungsbedingungen gerecht zu werden, ermöglichen wir ein zentral und dezentral organisiertes Offloading. Wir generalisieren und zeigen die signifikanten Auswirkungen unseres Konzeptes der Transitionen innerhalb des Offloading in verschiedenen heterogenen Anwendungsbereichen wie Fahrzeugnetzen oder Publish/Subscribe. Wir erweitern unsere Methodik der Identifizierung und Kapselung auf den Bereich des Monitorings in unserem zweiten Beitrag. Unser Konzept des transitionsfähigen Monitoring Dienstes AdaptMon.KOM ermöglicht eine adaptive Zustandsüberwachung des Netzes durch die Ausführung von Transitionen zwischen Monitoring- Mechanismen. In unseren beiden Beiträgen führen wir umfangreiche Konzepte zur Koordinierung von Transitionen bei der Rekonfiguration des Netzes und Kommunikationsmechanismen ein. Um Datenverlust bei komplexen Transitionsplänen zu vermeiden, die mehrere koexistierende, transitionsfähige Mechanismen betreffen, entwickeln wir die Methodik der proxyübergreifenden Zustandsübertragung. Des Weiteren betrachten wir die Koexistenz unserer Beiträge für den Anwendungsfall der kollaborativen Standortbestimmung am Beispiel ortsbezogener Dienste. Basierend auf unseren Prototypen von AssignMe.KOM und AdaptMon.KOM führen wir eine ausführliche Evaluierung unserer Beiträge in der Simonstrator.KOM-Plattform durch. Wir zeigen, dass die proxyübergreifende Zustandsübertragung Informationsverluste verhindert und eine nahtlose Ausführung komplexer Transitionspläne ermöglicht. So können Transitionen in Netzen mit koexistierenden transitionsfähigen Mechanismen zuverlässig ausgeführt werden. Darüber hinaus zeigen wir den Einfluss der Koordinierung und Verteilung von Transitionen auf den Erfolg der Netz und Mechanismen-Adaption. Wir manifestieren eine kosteneffiziente und zuverlässige Methodik zur Standortbestimmung, in der wir unsere Beiträge zu transitionsfähigen Mechanismen kombinieren. Insgesamt zeigen wir, dass unsere Beiträge eine Adaption von Offloading und Monitoring an dynamische Umgebungsbedingungen und Anforderungen innerhalb des Netzes ermöglichen.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute of Computer Engineering > Multimedia Communications
DFG-Collaborative Research Centres (incl. Transregio) > Collaborative Research Centres > CRC 1053: MAKI – Multi-Mechanisms Adaptation for the Future Internet > B: Adaptation Mechanisms > Subpproject B1: Monitoring and Analysis
Date Deposited: 24 Apr 2019 08:58
Last Modified: 24 Apr 2019 08:58
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-86126
Referees: Steinmetz, Prof. Dr. Ralf and Mauthe, Prof. Dr. Andreas
Refereed: 5 April 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8612
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