Mobility management for the information centric future internet

par Muhammad Shoaib Saleem

Thèse de doctorat en Informatique et Télécommunications

Sous la direction de Éric Renault.

  • Titre traduit

    Gestion de la mobilité pour l'internet du futur centré autour de l'information


  • Résumé

    L'Internet d'aujourd'hui a traversé série de changements évolutionnaires dans les quarante ou cinquante dernières années. Il a été conçu pour un réseau avec des nœuds fixes. Au début, le modèle de communication de l'Internet a été basé sur le réseau téléphonique (considéré comme 1er Génération Internet). Plus tard, il a été mis à jour comme un modèle client-serveur où la communication des systèmes d'échanger des données sur des liaisons dédiées. Cette 2ème génération Internet, au cours des années, a été contestée par de nombreux problèmes tels que la congestion du réseau, panne de chemin, les attaques DOS, gestion de la mobilité pour les réseaux sans fil, etc. Les utilisateurs d'Internet recherchent toujours des informations, indépendamment de la localisation (nœud ou serveur) où il se trouve ou stockées. Cette approche est la base d'une architecture où l'information est considérée comme l'unité primaire. Ces réseaux, en général, sont appelés en tant que Network of Information (NetInf), où l'information prend une position centrée remplaçant l'approche centrée sur nœud comme dans l'Internet aujourd'hui. Les problèmes rencontrés par l'Internet aujourd’hui, mentionné ci-dessus, peuvent être traitées avec une approche unificatrice en mettant l'information au centre de l'architecture du réseau. À l'échelle mondiale, cette conception de l'architecture réseau est nommée « Future Information Centric Internet ». En parallèle, l'utilisation de l'Internet mobile a été augmentée durant la dernière décennie. Il a été environ 1,2 milliard abonnements de mobile broad band pour 2,4 milliards d’utilisateurs d'Internet en 2011. En raison d’augmentation de l'efficacité spectrale et ubiquitaire disponibilité de la connectivité cellulaire, la mobilité et la connectivité transparente est désormais considérée comme des produits de base la vie quotidienne. Néanmoins, en cas d'Internet, les solutions de mobilité basées sur IP ne peuvent pas rattraper son retard dans la performance avec l'évolution rapide des réseaux cellulaires. Par conséquent, l'un des principaux objectifs pour l'internet du futur est de concevoir des systèmes de gestion de mobilité qui permettent de surmonter les problèmes dans les réseaux sans fil tels que handover et la gestion de la localisation, multihoming, sécurité, etc. Dans cette thèse, nous avons proposé une solution de gestion de mobilité dans les réseaux sans fil dans le cadre du Information Centric Networking (ICN) en général et dans le contexte ne NetInf en particulier. NetInf est une architecture du Futur Internet basée sur le concept du ICN. Nous proposons un nœud mobile qui s’appelle NetInf Mobile Node (NetInf MN). L'architecture de ce nœud est compatible avec l'architecture d'Internet basée sur TCP/TP. Cette conception de l'architecture travaille en collaboration avec Central Control Unit (CCU) pour améliorer les performances en cas de handover dans les réseaux sans fil. La Virtual Node Layer (VNL) algorithme explique comment les différents modules de NetInf MN et des unités CCU travaillé ensemble. La modèle mathématique basé sur Théorie de Jeu et Renforcement Learning (CODIPAS-RL) montre comment handover et data relaying sont géré dans les réseaux sans fil. Les résultats des simulations montrent que le modèle proposé réalise à la fois de Nash et de Stackelberg équilibres alors que le CODIPAS-RL régime atteint un optimum global. Enfin, comme un exemple de cas d'utilisation de l'architecture NetInf, nous proposons le NetInf Email Service qui ne requiert pas des serveurs et ports dédiés contrairement au service e-mail existante. L'utilisation de clés asymétriques comme l'ID de l'utilisateur est la caractéristique unique proposée pour ce service. Le NetInf Email service architecture présenté, explique comment différents éléments architecturaux travail ensemble. Nous discuter des défis différents et des besoins relatifs à ce service. Le prototype développé pour NetInf sera utilisée pour la mise en œuvre de ce service


  • Résumé

    The contemporary Internet ecosystem today has gone through series of evolutionary changes during the last forty or fifty years. Though it was designed as a network with fixed nodes, it has scaled well enough with the development of new technologies both in fixed and wireless networks. Initially, the communication model of the Internet was based on the telephone network (and can be considered as the 1st Generation Internet). Later, its transition as a client-server model made it a network where communication systems exchange data over dedicated links. This 2nd Generation Internet, over the years, has been challenged by many problems and issues such as network congestion, path failure, DOS attacks, mobility issues for wireless networks, etc. The Internet users always look for some information, irrespectively where it is located or stored. This approach is the basic building block for a network architecture where information is considered as the premier entity. Such networks, in general, are termed as Information Centric Network (ICN), where information takes centric position superseding the node centric approach like in the current Internet. The problems faced by the current Internet architecture, mentioned above, can be handled with a unifying approach by putting the information at the centre of the network architecture. On a global scale, this network architecture design is termed as the Future Information Centric Internet. Similarly, Mobile Internet usage has increased overwhelmingly in the last decade. There has been an estimated 1.2 billion mobile broad-band subscriptions for 2.4 billion Internet users in 2011. Because of the increased spectrum efficiency and ubiquitous availability of cellular connectivity, the seamless mobility and connectivity is now considered as daily life commodity. However, in the case of the Internet, IP based mobility solutions cannot catch up in performance with the fast evolution of cellular networks. Therefore, one of the primary goals for the Future Internet is the design of mobility management schemes that overcome the issues in wireless networks such as handover and location management, multihoming, security, etc. In this thesis, we have proposed a mobility management solution in wireless networks in the context of ICN in general and in the context of Network of Information (NetInf) in particular. NetInf is ICN-based Future Internet architecture. We propose a NetInf Mobile Node (NetInf MN) architecture which is backward compatible with the current Internet architecture as well. This cross architecture design for mobility support works closely with Central Control Unit (CCU) (network entity) for improved performance in case of handover management in wireless networks. The Virtual Node Layer (VNL) algorithm explains how different modules of NetInf MN and CCU units work together. The game theoretical and Reinforcement Learning (CODIPAS-RL) scheme based mathematical model shows how handover management and data relaying in the wireless networks can increase the network coverage through cooperative diversity. Simulation results show that the proposed model achieves both Nash and Stackelberg equilibria where as the selected CODIPAS-RL scheme reaches global optimum. Finally, as a use case example of NetInf architecture, we propose the NetInf Email service that does not require dedicated servers or dedicated port unlike the current email service. The use of asymmetric keys as user's ID is the unique feature proposed for this service. The NetInf email service architecture framework presented, explains how different architectural components work together. We discuss different challenges and requirements related to this service. The prototype developed for the Network of Information will be used for the implementation of this service


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