Edge Computing is considered one of the key capabilities in next generation (5G) networks, which will enable inundation of latency, throughput, and data sensitive edge-native applications. Edge application developers require infrastructure at the edge to host the application workload and network connectivity procedures to connect the application users to the nearest edge where the application workload is hosted. Distributed nature of edge infrastructure and the requirement on network connectivity makes it attractive for communication service providers (CSPs) to become Edge Service providers (ESP); similarly, hyper-scale cloud providers (HCPs) are also planning to expand as ESP building on their cloud presence targeting edge application developers. CSPs across the globe follow a standard approach for building interoperable networks and infrastructure, while HCPs do not participate in telecom standardization bodies. Standards development organizations (SDOs) such as the European Telecommunication Standardization Institute (ETSI) and 3rd Generation Partnership Project (3GPP) are working to provide a standard architecture for edge computing solution for service providers. However, the current focus of SDOs is more on architecture and not much focus on application developer experience and the Application Programming Interfaces (APIs). On the architecture itself, there are different standards and approaches available which overlap with each other. APIs proposed by different SDOs are not easily consumable by edge application developers and require simplification. On the other hand, there are not many widely known standards in the hyper-scale cloud and public cloud industry to integrate with each other except the public application programming interfaces (APIs) offered by cloud providers. To scale and succeed, edge service providers need to focus on interoperability, not only from a cloud infrastructure perspective but from a network connectivity perspective as well. This work analyzes standards defined by different standardization bodies in the 5G edge computing area and the overlaps between the standards. The work then highlights the requirements from an edge application developer perspective, investigates the deficiencies of the standards, and proposes an end-to-end edge solution architecture and a method to simplify the APIs which fulfil the need for edge-native applications. The proposed solution considers CSPs providing multi-cloud infrastructure for edge computing by integrating with HCPs infrastructure. In addition, the work investigates existing standards to integrate cloud capabilities in network platforms and elaborates the way network and cloud computing capabilities can be integrated to provide complete edge service to edge application developers or enterprises. It proposes an alternative way to integrate edge application developers with cloud service providers dynamically by offering a catalog of services. / Edge Computing anses vara en av nyckelfunktionerna i nästa generations (5G) nätverk, vilket möjliggör minskad fördröjning, ökad genomströmning och datakänsliga och kantnära applikationer. Applikationsutvecklare för Edge Computing är beroende av kantinfrastruktur som är värd för applikationen, och nätverksanslutning för att ansluta applikationsanvändarna till närmaste kant där applikationens är placerad. Även om kantapplikationer kan vara värd för vilken infrastruktur som helst, planerar leverantörer av kommunikationstjänster (CSP:er) att erbjuda distribuerad kantinfrastruktur och anslutningar. På liknande sätt planerar även molnleverantörer med hög skalbarhet (HCP) att erbjudakantinfrastruktur. CSP:er följer standardmetoden för att bygga nätverk och infrastruktur medan HCP:er inte deltar i standardiseringsorgan. Standardutvecklingsorganisationer (SDO) som europeisk telekommunikations standardiseringsinstitut (ETSI) och 3rd Generation Partnership Project (3GPP) arbetar för att tillhandahålla en standardarkitektur för Edge Computing för tjänsteleverantörer. Men nuvarande fokus är mer på arkitektur och inte mycket fokus är riktat mot applikationsutvecklares erfarenhet och API:er. I själva arkitekturen finns det olika standarder och tillvägagångssätt som överlappar varandra. API:er föreslagna av olika SDO:er är inte lättillgängliga för utvecklar av kantapplikationer och måste förenklas. Å andra sidan finns det inte många allmänt kända standarder i hyperskalära moln och offentlig molnindustri som går att integrera med varandra förutom de offentliga gränssnitten för applikationsprogrammering (API:er) som erbjuds av molnleverantörer. För att kunna betjäna omfattande applikationsutvecklare måste CSP:er erbjuda multimolnfunktioner och därmed komplettera sin egen infrastruktur med kapaciteten för HCP:er. På liknande sätt kommer HCP:er att behöva integrera anslutningstjänster utöver infrastruktur för att erbjuda kantfunktioner. Den här arbetet beskriver olika standarder definierade av olika standardiseringsorgan i Edge Computing-området för 5G, och analyzerar överlappningar mellan standarderna. Arbetet belyser sedan kraven från ett utvecklingsperspektiv av kantapplikationer, undersöker bristerna i standarderna och föreslår en lösningsarkitektur som uppfyller behovet för kantbyggda applikationer. Den föreslagna lösningen beaktar CSP:er som tillhandahåller flermolnsinfrastruktur för Edge Computing genom att integreras med HCP:s infrastruktur. Arbetet undersöker vidare befintliga standarder för att integrera molnfunktioner i nätverksplattformar och utvecklar på vilket sätt nätverks- och molntjänster kan integreras för att erbjuda kompletta tjänster till utvecklare av kantapplikationer. Arbetet föreslår ett alternativt sätt att dynamiskt integrera utvecklare av kantapplikationer med leverantörer av molntjänster genom att erbjuda en katalog av tjänster.

<p>This licentiate thesis work investigates two medium access control (MAC) methods, when used in traffic safety applications over vehicular <em>ad hoc</em> networks (VANETs). The MAC methods are carrier sense multiple access (CSMA), as specified by the leading standard for VANETs IEEE 802.11p, and self-organizing time-division multiple access (STDMA) as used by the leading standard for transponders on ships. All vehicles in traffic safety applications periodically broadcast cooperative awareness messages (CAMs). The CAM based data traffic implies requirements on a predictable, fair and scalable medium access mechanism. The investigated performance measures are <em>channel access delay</em>, <em>number of consecutive packet drops</em> and the <em>distance between concurrently transmitting nodes</em>. Performance is evaluated by computer simulations of a highway scenario in which all vehicles broadcast CAMs with different update rates and packet lengths. The obtained results show that nodes in a CSMA system can experience <em>unbounded channel access delays</em> and further that there is a significant difference between the best case and worst case channel access delay that a node could experience. In addition, with CSMA there is a very high probability that several <em>concurrently transmitting nodes are located close to each other</em>. This occurs when nodes start their listening periods at the same time or when nodes choose the same backoff value, which results in nodes starting to transmit at the same time instant. The CSMA algorithm is therefore both <em>unpredictable</em> and <em>unfair</em> besides the fact that it <em>scales badly</em> for broadcasted CAMs. STDMA, on the other hand, will always grant channel access for all packets before a predetermined time, regardless of the number of competing nodes. Therefore, the STDMA algorithm is <em>predictable</em> and <em>fair</em>. STDMA, using parameter settings that have been adapted to the vehicular environment, is shown to outperform CSMA when considering the performance measure <em>distance between concurrently transmitting nodes</em>. In CSMA the distance between concurrent transmissions is random, whereas STDMA uses the side information from the CAMs to properly schedule concurrent transmissions in space. The price paid for the superior performance of STDMA is the required network synchronization through a global navigation satellite system, e.g., GPS. That aside since STDMA was shown to be scalable, predictable and fair; it is an excellent candidate for use in VANETs when complex communication requirements from traffic safety applications should be met.</p>

This licentiate thesis work investigates two medium access control (MAC) methods, when used in traffic safety applications over vehicular ad hoc networks (VANETs). The MAC methods are carrier sense multiple access (CSMA), as specified by the leading standard for VANETs IEEE 802.11p, and self-organizing time-division multiple access (STDMA) as used by the leading standard for transponders on ships. All vehicles in traffic safety applications periodically broadcast cooperative awareness messages (CAMs). The CAM based data traffic implies requirements on a predictable, fair and scalable medium access mechanism. The investigated performance measures are channel access delay, number of consecutive packet drops and the distance between concurrently transmitting nodes. Performance is evaluated by computer simulations of a highway scenario in which all vehicles broadcast CAMs with different update rates and packet lengths. The obtained results show that nodes in a CSMA system can experience unbounded channel access delays and further that there is a significant difference between the best case and worst case channel access delay that a node could experience. In addition, with CSMA there is a very high probability that several concurrently transmitting nodes are located close to each other. This occurs when nodes start their listening periods at the same time or when nodes choose the same backoff value, which results in nodes starting to transmit at the same time instant. The CSMA algorithm is therefore both unpredictable and unfair besides the fact that it scales badly for broadcasted CAMs. STDMA, on the other hand, will always grant channel access for all packets before a predetermined time, regardless of the number of competing nodes. Therefore, the STDMA algorithm is predictable and fair. STDMA, using parameter settings that have been adapted to the vehicular environment, is shown to outperform CSMA when considering the performance measure distance between concurrently transmitting nodes. In CSMA the distance between concurrent transmissions is random, whereas STDMA uses the side information from the CAMs to properly schedule concurrent transmissions in space. The price paid for the superior performance of STDMA is the required network synchronization through a global navigation satellite system, e.g., GPS. That aside since STDMA was shown to be scalable, predictable and fair; it is an excellent candidate for use in VANETs when complex communication requirements from traffic safety applications should be met.

This thesis is a proof-of-concept project that aims at modify and reuse existing communication protocols of wireless vehicle to vehicle communication in order to build a prototype of a real time graphical application that runs in an embedded environment. The application is a 2D visualization of the flow of material at a quarry and is built on top of existing communication protocols that enable wireless vehicle to vehicle communication according to the 802.11p standard for intelligent transport solutions. These communication protocols have already been used within the Volvo group in other research rojects, but not in a context of a real-time graphical 2D visualization. The application runs on an ALIX embedded motherboard and combined with the necessary hardware represent one node that makes the communication network. The visualization monitors the position of every active node in the network and the flow of material between material locations and crusher that process the material at the quarry. The visualization is implemented in C/C++ using Qt 4.6.2 Graphics View framework.

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.