The objective of this research is to develop an optimized quality of service (QoS) assurance algorithm with the differentiated services (DiffServ) architecture, and a differentiated polling algorithm with efficient bandwidth allocation for QoS assurance in the hybrid multi-hop mesh/relay networks. These wide area networks (WANs), which will employ a connection-based MAC protocol, along with QoS-enabled wireless local area networks (WLANs) that use a contention-based MAC protocol, need to provide an end-to-end QoS guarantee for data communications, particularly QoS-sensitive multimedia communications. Due to the high cost of construction and maintenance of infrastructure in wireless networks, engineers and researchers have focused their investigations on wireless mesh/relay networks with lower cost and high scalability. For current wireless multi-hop networks, an end-to-end QoS guarantee is an important functionality to add, because the demand for real-time multimedia communications has recently been increasing. For real-time multimedia communication in heterogeneous networks, hybrid multi-hop mesh/relay networks using a connection-based MAC protocol, along with QoS-enabled WLANs that use a contention-based MAC protocol can be an effective multi-hop network model , as opposed to multi-hop networks with a contention-based MAC protocol without a QoS mechanism. To provide integrated QoS support for different QoS mechanisms, the design of the cross-layer DiffServ architecture that can be applied in wireless multi-hop mesh/relay networks with WLANs is desirable. For parameterized QoS that requires a specific set of QoS parameters in hybrid multi-hop networks, an optimized QoS assurance algorithm with the DiffServ architecture is proposed here that supports end-to-end QoS through a QoS enhanced WAN for multimedia communications. For a QoS assurance algorithm that requires a minimum per-hop delay, the proper bandwidth to allow the per-hop delay constraint needs to be allocated. Therefore, a polling algorithm with a differentiated strategy at multi-hop routers is proposed here. The proposed polling algorithm at a router differentially computes and distributes the polling rates for routers according to the ratio of multimedia traffic to overall traffic, the number of traffic connections, and the type of polling service. By simulating the architecture and the algorithms proposed in this thesis and by analyzing traffic with the differentiated QoS requirement, it is shown here that the architecture and the algorithms produce an excellent end-to-end QoS guarantee.

<p>A design of anautomatic network capacity markets, oftenreferred to as a bandwidth market, is presented. Three topicsare investigated. First, a network model is proposed. Theproposed model is based upon a trisection of the participantroles into network users, network owners, and market middlemen.The network capacity is defined in a way that allows it to betraded, and to have a well defined price. The network devicesare modeled as core nodes, access nodes, and border nodes.Requirements on these are given. It is shown how theirfunctionalities can be implemented in a network. Second, asimulated capacity market is presented, and a statisticalmethod for estimating the price dynamics in the market isproposed. A method for pricing network services based on sharedcapacity is proposed, in which the price of a service isequivalent to that of a financial derivative contract on anumber of simple capacity shares.Third, protocols for theinteraction between the participants are proposed. The marketparticipants need to commit to contracts with an auditableprotocol with a small overhead. The proposed protocol is basedon a public key infrastructure and on known protocols for multiparty contract signing. The proposed model allows networkcapacity to be traded in a manner that utilizes the networkeciently. A new feature of this market model, compared to othernetwork capacity markets, is that the prices are not controlledby the network owners. It is the end-users who, by middlemen,trade capacity among each-other. Therefore, financial, ratherthan control theoretic, methods are used for the pricing ofcapacity.</p><p><b>Keywords:</b>Computer network architecture, bandwidthtrading, inter-domain Quality-of-Service, pricing,combinatorial allocation, financial derivative pricing,stochastic modeling</p>

Quality of service is commonly used to shape network traffic to meet specified criteria. The various scenarios include limiting and reserving bandwidth for a particular application, host or user, prioritizing latency sensitive traffic or equal distribution of unreserved bandwidth. The DynShaper software distributes and controls a traffic quota by more sophisticated means than fixed per user limits and simple disconnection after the user reaches the limit. It distributes the quota on a daily basis, where each day receives the same share. The users are sorted into predefined groups with different bandwidths depending on their recent consumption. This classification is periodically updated to ensure the sorting order is maintained. The bandwidths of these groups is dynamically adjusted depending on the actual consumption to provide an efficient utilization. This thesis presents another distribution model using a case-based reasoning approach, a method for machine learning which is classified as conventional artificial intelligence. Case-based reasoning tries to solve new problems based on the solutions of similar problems from the past. Controlling the network traffic to remain within a fixed quota can be modeled as such a problem if the traffic patterns are recurring. Possible solutions can be derived from statistical data and altered to suit the new problems. When an untested solution is applied, the software supervises the execution and revises the solution accordingly, if the actual results deviate from the precalculated schedule.

The development of technology and the mechanization in the Swedish forestry has during the last 60 years resulted in depopulation of the country side and due to that the amount of distance forest owners has increased. Therefore the forest companies need to make some adjustments in order to keep the distance forest owners as customers and to attract new ones. The purpose of this essay was to examine and analyze the distance forest owners satisfaction with Södras service offering and quality of service and further develop some proposals for action. A web-based survey was sent out to 634 distance forests owners in Stockholm, Sweden, all members of Södra. 269 respondents participated in the survey and of them, 27 did also participate in a follow-up telephone interview. The results show that the members generally was satisfied with the service offering and the quality of service. Suggestions for improvement regarding the service offering is all about implementing forest management courses in Stockholm and including providing financial and generational counseling, also on location in Stockholm. The quality of service can be improved if the inspector changes the way of working towards an even more customer adapted way and also improve the dialogue with the entrepreneurs. Further suggestions for improvement is to a greater extent welcome complaints and to give some compensation and/or apologize when it is motivated.

Traditionally the Internet is used for the following applications: FTP, e-mail and Web traffic. However in the recent years the Internet is increasingly supporting emerging applications such as IP telephony, video conferencing and online games. These new applications have different requirements in terms of throughput and delay than traditional applications. For example, interactive multimedia applications, unlike traditional applications, have more strict delay constraints and less strict loss constraints. Unfortunately, the current Internet offers only a best-effort service to all applications without any consideration to the applications specific requirements. In this thesis three existing Active Queue Management (AQM) mechanisms are modified by incorporating into these a control function to condition routers for better Quality of Service (QoS). Specifically, delay is considered as the key QoS metric as it is the most important metric for real-time multimedia applications. The first modified mechanism is Drop Tail (DT), which is a simple mechanism in comparison with most AQM schemes. A dynamic threshold has been added to DT in order to maintain packet queueing delay at a specified value. The modified mechanism is referred to as Adaptive Drop Tail (ADT). The second mechanism considered is Early Random Drop (ERD) and, iii in a similar way to ADT, a dynamic threshold has been used to keep the delay at a required value, the main difference being that packets are now dropped probabilistically before the queue reaches full capacity. This mechanism is referred to as Adaptive Early Random Drop (AERD). The final mechanism considered is motivated by the well known Random Early Detection AQM mechanism and is effectively a multi-threshold version of AERD in which packets are dropped with a linear function between the two thresholds and the second threshold is moveable in order to change the slope of the dropping function. This mechanism is called Multi Threshold Adaptive Early Random Drop (MTAERD) and is used in a similar way to the other mechanisms to maintain delay around a specified level. The main focus with all the mechanisms is on queueing delay, which is a significant component of end-to-end delay, and also on reducing the jitter (delay variation) A control algorithm is developed using an analytical model that specifies the delay as a function of the queue threshold position and this function has been used in a simulation to adjust the threshold to an effective value to maintain the delay around a specified value as the packet arrival rate changes over time. iv A two state Markov Modulated Poisson Process is used as the arrival process to each of the three systems to introduce burstiness and correlation of the packet inter-arrival times and to present sudden changes in the arrival process as might be encountered when TCP is used as the transport protocol and step changes the size of its congestion window. In the investigations it is assumed the traffic source is a mixture of TCP and UDP traffic and that the mechanisms conserved apply to the TCP based data. It is also assumed that this consists of the majority proportion of the total traffic so that the control mechanisms have a significant effect on controlling the overall delay. The three mechanisms are evaluated using a Java framework and results are presented showing the amount of improvement in QoS that can be achieved by the mechanisms over their non-adaptive counterparts. The mechanisms are also compared with each other and conclusions drawn.

D. Tech. Electrical Engineering. / Discusses the protocol design in VANETs is very challenging due to their low latency and high data rate requirements in a high mobility environment. Hence, the central metrics of QoS such as throughput, reliability and delays are critical to the design of protocol in VANETs. Therefore, this project focuses on the scheduling and QoS enhancement algorithms. The QoS analytical model and multi-channel MAC protocol were completed; this was significant for the development of the VANETs.The anticipated benefits of this study may be described as: 1. The duty cycle adaptive MAC protocol could improve the QoS of VANET in the situation where the OBU is equipped with only one transceiver. 2. The results obtained from this model is significant for the designing and evaluation of the vehicular network. 3. Due to the characteristics of VANETs, the requirements of high throughput and low latency are critical in VANETs. An efficient multi-channel MAC protocol is a vital requirement in order to offer efficient, fair and stable channel access using the limited channel resources.

Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής είναι η μελέτη της απόδοσης και η εισαγωγή νέων χαρακτηριστικών σε μοντέλα για την παροχή υπηρεσιών με εγγυήσεις ποιότητας στα σύγχρονα IP δίκτυα καθώς και η εισαγωγή των απαραίτητων επιχειρησιακών λειτουργιών για την εφαρμογή των μοντέλων αυτών, με στόχο τη βελτίωση της απόδοσης. Ακολουθώντας μια καταγραφή και αξιολόγηση των μηχανισμών και αρχιτεκτονικών που εισάγουν τη διαφοροποίηση εξυπηρέτησης στα IP δίκτυα, η μελέτη που παρουσιάζεται εδώ ακολουθεί σε όλα της τα στάδια τις αρχές της αρχιτεκτονικής DiffServ, η οποία επιτρέπει την παροχή ενός συγκεκριμένου εύρους υπηρεσιών με εγγυήσεις ποιότητας σε συναθροίσεις ροών και περιορίζει την πολυπλοκότητα στα όρια του δικτύου. Η απόδοση και η αποτελεσματικότητα των μηχανισμών και λειτουργιών διαφοροποίησης εξυπηρέτησης με βάση την αρχιτεκτονική DiffServ αξιολογούνται με βάση την εξασφάλιση εγγυημένης χωρητικότητας, φραγμένης από-άκρο-σε-άκρο καθυστέρησης, ελαχιστοποιημένων απωλειών πακέτων και φραγμένου jitter. Ωστόσο, σε κάθε μοντέλο υπηρεσίας για την παροχή QoS, τονίζεται η σημασία της εξασφάλισης των καλύτερων δυνατών εγγυήσεων ποιότητας με την ελάχιστη δυνατή πολυπλοκότητα. Τα διαφορετικά μοντέλα υπηρεσιών θέτουν συγκεκριμένους στόχους λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες των εφαρμογών στις οποίες απευθύνονται. Οι δύο επικρατέστερες κατηγορίες υπηρεσιών στα πλαίσια της αρχιτεκτονικής DiffServ είναι η κατηγορία των υπηρεσιών μέγιστης προτεραιότητας και η κατηγορία των υπηρεσιών εγγυημένης χωρητικότητας σε συνθήκες συμφόρησης. Στην πρώτη κατηγορία, προτείνεται το μοντέλο υπηρεσίας Gold, το οποίο ακολουθεί τις αρχές τις αρχιτεκτονικής DiffServ για να παρέχει βέλτιστη ποιότητα εξυπηρέτησης σε συναθροίσεις IP ροών, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να εφαρμοστεί πρακτικά σε δίκτυα παραγωγής. Στη δεύτερη κατηγορία, προτείνεται το μοντέλο υπηρεσίας Relative για την παροχή υπηρεσιών εγγυημένης χωρητικότητας σε συνθήκες συμφόρησης, με βασικά χαρακτηριστικά την μείωση της υπολογιστικής πολυπλοκότητας και την βελτίωση της δικαιοσύνης μεταξύ των εξυπηρετούμενων TCP ροών. Η υπηρεσία Gold διατηρεί την αρχή της επεκτασιμότητας και παρέχει αυστηρές εγγυήσεις ποιότητας αλλά ταυτόχρονα επιτρέπει την εφαρμογή μηχανισμού ελέγχου αποδοχής νέων αιτημάτων χωρίς διακοπή της λειτουργίας του δικτύου. Eισάγει επίσης ένα νέο χαρακτηριστικό σε σχέση με τα υπάρχοντα σχήματα: την διαφοροποίηση ως προς την εγγυημένη μέγιστη καθυστέρηση που παρέχεται στις ροές. Υλοποιείται με τη χρονοδρομολόγηση LA-EDF, που εισάγει την έννοια της διαφοροποιημένης εξυπηρέτησης εντός της ίδιας κλάσης υπηρεσίας και λειτουργεί ως υποστηρικτικός μηχανισμός του ελέγχου αποδοχής κλήσεων, τον αλγόριθμο DBAC για την αποδοχή κλήσεων χωρίς επέμβαση στη λειτουργία του δικτύου και την δρομολόγηση εξισορρόπησης φόρτου για την καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων χωρίς να παραβιάζονται οι εγγυήσεις ποιότητας. Η υπηρεσία Relative επιτυγχάνει προσαρμοστικότητα σε συνθήκες μεταβαλλόμενου φόρτου, δίκαιη διαφοροποίηση, υψηλή απόδοση, αύξηση της χρησιμοποίησης των διαθέσιμων πόρων ενώ αντιμετωπίζει πολλές από τις αδυναμίες που παρουσιάζουν αντίστοιχα μοντέλα. Υλοποιείται με τον μηχανισμό μαρκαρίσματος TWAM ο οποίος εφαρμόζεται στο σημείο εισόδου των ροών στο δίκτυο και αντιμετωπίζει τα θέματα της μη δίκαιης μεταχείρισης TCP ροών με τη μικρότερη δυνατή υπολογιστική επιβάρυνση σε σχέση με υπάρχοντες μηχανισμούς μαρκαρίσματος και τον μηχανισμό DWRED για την ενεργητική διαχείριση του αποθηκευτικού χώρου των ουρών, ο οποίος λειτουργεί με βάση το μαρκάρισμα της κίνησης που επιφέρει ο TWAM και προσαρμόζεται στις μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας. Μεταξύ των καθοριστικών παραγόντων για την ευρεία υιοθέτηση υπηρεσιών βασισμένων στην αρχιτεκτονική DiffServ στα σύγχρονα δίκτυα παραγωγής, αναδεικνύονται η εισαγωγή ευέλικτων επιχειρηματικών μοντέλων για την υλοποίηση των υπηρεσιών αυτών στο εσωτερικό ενός δικτύου καθώς και χρέωσης των παρεχόμενων υπηρεσιών. Ο ορισμός Συμβολαίων Εξασφάλισης Επιπέδου Υπηρεσιών (ΣΕΕΥ) για δίκτυα που υποστηρίζουν την παροχή QoS υπηρεσιών με βάση την αρχιτεκτονική DiffServ έχει ως στόχο την εξασφάλιση της συμβατότητας των παρεχόμενων από διαφορετικά διασυνδεδεμένα δίκτυα υπηρεσιών προκειμένου για την από-άκρο-σε-άκρο εξασφάλιση εγγυήσεων ποιότητας. Προτείνεται ένα πρότυπο για την υλοποίηση διμερών ΣΕΕΥ σε IP δίκτυα που παρέχουν υπηρεσίες μέγιστης προτεραιότητας καθώς και μια μεθοδολογία για την υλοποίηση από-άκρο-σε-άκρο Συμβολαίων πάνω από διασυνδεδεμένα δίκτυα. Σε ένα IP δίκτυο, η εισαγωγή ενός αριθμού κλάσεων υπηρεσιών που διαφοροποιούνται στις παρεχόμενες ποιοτικές εγγυήσεις απαιτεί την εισαγωγή διαφοροποιημένων μοντέλων χρέωσης που επιπρόσθετα οδηγούν τους χρήστες στην επιλογή της κατάλληλης κλάσης υπηρεσίας η οποία μεγιστοποιεί την αντιληπτή χρησιμότητα. Προκειμένου για τη χρέωση υπηρεσιών με βάση την αρχιτεκτονική DiffServ, τα προφίλ κίνησης των χρηστών και οι διαφορές στην αντιληπτή ποιότητα αντιπροσωπεύουν τη χρησιμότητα που αντιλαμβάνεται ο χρήστης. Προτείνεται ένα μοντέλο χρέωσης όπου το προφίλ της κίνησης αποτελεί το αντικείμενο διαπραγμάτευσης του χρήστη με τον πάροχο, αφού ο χρήστης συνυπολογίσει τις εγγυήσεις ποιότητας εξυπηρέτησης που ανακοινώνονται από τον τελευταίο προκαταβολικά. Η καινοτομία του προτεινόμενου μοντέλου συνίσταται στις εξωτερικές συνθήκες (externalities) που υπεισέρχονται στα υφιστάμενα κόστη και προκαλούνται από τη φύση των υπηρεσιών που υλοποιούνται με βάση το μοντέλο DiffServ, καθώς επίσης και στον καθορισμό των πραγματικών τιμών με βάση τις οποίες χρεώνονται οι χρήστες. / The goal of this Dissertation is to study the performance of existing tools and the introduction of new features to quality of service provisioning models in IP networks as well as the introduction of the business models required for applying these models in an operational environment in ways that the performance is improved. Following the evaluation of mechanisms and architectures for differentiation of service in IP networks, the principles of the DiffServ framework have been adopted. The DiffServ framework specifies the provision of a set of services with qualitative guarantees to traffic aggregates, while keeping complexity at the network edges. The performance and effectiveness of service differentiation mechanisms according to the principles of the DiffServ framework are evaluated according to the following metrics: guaranteed capacity, bounded end-to-end delay, minimization of packet losses and jitter. However, in any QoS model, it is important to ensure the best quality possible by keeping complexity low. Each QoS model is designed to meet the needs of a different traffic type. The two prevailing service models within the DiffServ framework are the maximum priority, maximum quality model and the guaranteed capacity under congestion model. The proposed Gold service falls within the first category above, offering advanced quality to IP traffic aggregates with a set of principles that can easily be applied to operational networks. The proposed Relative service model provides guaranteed capacity under congestion by reducing the complexity and improving fairness among TCP flows. The Gold service preserves scalability and provides strict quality guarantees, incorporating a call admission control mechanism that operates without interfering with the network operations. It introduces a novel feature: differentiation of the guarantees on end-to-end delay provided to traffic flow. It is implemented using LA-EDF scheduling that introduces service differentiation within the same class and supports the call admission control functions, the DBAC algorithm for admission control and flow routing with load balancing for optimizing the use of available resources without compromising in terms of the guaranteed quality. The Relative service achieves high adaptability in transient load conditions, fair differentiation, high quality, increase in the utilization of available resources without demonstrating the same weaknesses as equivalent service models. It is implemented using the TWAM marking mechanism, which is applied at the network ingress and ensures fairness with less overhead than similar mechanisms, and DWRED, the active queue management mechanism that depends upon the TWAM marking and adapts to the varying load levels. The introduction of effective business and pricing models is crucial for the adoption of qualitative service models based on the DiffServ framework in a production network. The definition of Service Level Agreements (SLAs) for networks that provide QoS according to the principles of the DiffServ framework aims at introducing compatibility among the services provided for the provisioning of end-to-end quality guarantees. A template for the implementation for bilateral SLAs between networks that support the maximum priority, maximum quality service model is proposed, together with a methodology for implementing, based on the bilateral SLA, an end-to-end SLA over multiple domains. In an IP network, the introduction of a set of services classes with differing quality guarantees necessitates the application of differentiated pricing models that lead the users to the selection of the appropriate service class in order to maximize their perceived utility. Based on the principles of the DiffServ framework, the utility for each user is determined by the profile of his traffic and the quality of service he perceives. The proposed pricing model appoints the traffic profile as the parameter for negotiation between the user and the provider, after the user assesses the quality guarantees announced by the provider prior to the service provisioning. The innovation here lies in the introduction of externalities to the costs induced as well as the announcement of the actual prices upon which the user will eventually be charged. The externalities are imposed by the nature of the service models implemented according to the DiffServ framework.

Η οπτική μεταγωγή ριπών (Optical Burst Switching-OBS) στοχεύει στον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων της οπτικής μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρείται ως μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία για την υλοποίηση του οπτικού Διαδικτύου της επόμενης γενιάς, με σκοπό να αντεπεξέλθει στην ταχεία ανάπτυξη της κίνησης του Διαδικτύου και στην αυξανόμενη υιοθέτηση νέων υπηρεσιών (π.χ VoIP τηλεφωνία, βίντεο κατά απαίτηση, υπολογισμός πλέγματος, ψηφιακά αποθηκευτικά μέσα). Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα συναρμολογούνται σε ριπές και στέλνονται έτσι διαμέσου του δικτύου. Επομένως, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η συναρμολόγηση των πακέτων σε ριπές, καθορίζει και τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου και επηρεάζει κυρίως την συνολική καθυστέρηση του κάθε πακέτου που στέλνεται διαμέσου αυτού. Στην παρούσα εργασία (μέρος της διπλωματικής εργασίας δημοσιεύτηκε στο [21]), θα προτείνουμε τέσσερις νέες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών που στοχεύουν στην μείωση της μέσης καθυστέρησης που επιβαρύνονται τα πακέτα κατά τη διαδικασία της συναρμολόγηση τους σε ριπές (burstification), με βάση ενός δεδομένου μέσου μήκους των ριπών που παράγονται. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν ένα γραμμικό φίλτρο πρόβλεψης για την παραγωγή μιας εκτίμησης του πλήθους των πακέτων που πρόκειται να εισέλθουν στο κόμβο του δικτύου, που λαμβάνει χώρα το burstification, κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονικής περιόδου. Με βάση την εκτίμηση αυτή, αποφασίζουν αν ικανοποιείται ένα συγκεκριμένο κριτήριο, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε προτεινόμενη μέθοδο, και στέλνουν, αναλόγως, μία νέα ριπή στο δίκτυο. Η μείωση της καθυστέρησης της συναρμολόγησης των πακέτων, για ένα δεδομένο μέσο μήκος ριπής, είναι σημαντική για τις εφαρμογές πραγματικού χρόνου, οι οποίες έχουν αυστηρούς περιορισμούς στην συνολική καθυστέρηση των πακέτων. Αντίστοιχα, η αύξηση του μέσου μήκους των ριπών που δημιουργούνται σε ένα OBS δίκτυο, για μια δεδομένη μέση καθυστέρηση πακέτων, είναι σημαντική για την μείωση του αριθμού των ριπών που εισέρχονται σε αυτό. Μεγάλου μήκους ριπές συνεπάγονται μικρότερη επιβάρυνση σε επεξεργασία που διενεργείται από τους ενδιάμεσους κόμβους του δικτύου. Επίσης, στο παρόν κείμενο, θα αξιολογήσουμε την συμπεριφορά των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης και θα αποδείξουμε ότι δύο από αυτές έχουν καλύτερη απόδοση (έως και 33% βελτίωση), σε σύγκριση με τους προηγουμένως προτεινόμενους από την βιβλιογραφία αλγόριθμους, ως προς την μέση καθυστέρηση πακέτων, για δεδομένο μήκος ριπής. Τέλος, θα συζητηθεί η δυνατότητα παροχής ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service- QoS) με την βοήθεια των προτεινόμενων αλγορίθμων συναρμολόγησης. Το υπόλοιπο του παρόντος κειμένου είναι οργανωμένο με βάση τα παρακάτω: • Το δεύτερο κεφάλαιο σχολιάζει βασικές έννοιες των οπτικών δικτύων και περιγράφει την αρχιτεκτονική των οπτικών δικτύων μεταγωγής ριπών. • Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στις ήδη προτεινόμενες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών, από την υπάρχουσα βιβλιογραφία. • Στο τέταρτο κεφάλαιο, σχολιάζονται σημαντικές έννοιες των γραμμικών προβλεπτών, καθώς κι η δυνατότητα τους να εφαρμοστούν στην πρόβλεψη της κίνησης του δικτύου και υπό ποιες συνθήκες η χρήση τους είναι αποδοτική. • Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι περιγράφονται στο πέμπτο κεφάλαιο. • Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η απόδοση τους σε σχέση με τους υπάρχοντες αλγορίθμους και μελετάται η συμπεριφορά του επιλεγμένου γραμμικού προβλεπτή σε σχέση με τις παραμέτρους εισόδου που τον χαρακτηρίζουν. • Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο, περιγράφεται η παροχή του QoS στο δίκτυο και ερευνάται η δυνατότητα υποστήριξης της, με τη βοήθεια των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης. / -

Κεντρικό αντικείμενο αυτής της Διδακτορικής Διατριβής αποτελεί η μελέτη του συνδυασμού δύο εκ των βασικότερων εξελίξεων που σχετίζονται με το επίπεδο του IP πρωτοκόλλου στο Internet: της δυνατότητας για την παροχή εγγυήσεων ποιότητας (Quality of Service) σε τμήμα της συνολικής κίνησης που διακινείται μέσα από τα IP δίκτυα, καθώς και της ανάγκης αναβάθμισης του IPv4 πρωτοκόλλου στο IPv6. Επίσης αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μηχανισμών και αλγορίθμων για την αποδοτική διαχείριση των πόρων, τον όσο το δυνατόν δίκαιο καταμερισμό της ποιότητας υπηρεσίας, καθώς και τη δυνατότητα συνεργασίας και διαλειτουργικότητας μεταξύ διαφορετικών αυτόνομων δικτυακών τμημάτων με αυτοματοποιημένο τρόπο (χωρίς δηλαδή να χρειάζεται η παρέμβαση ενός ανθρώπου διαχειριστή στις περισσότερες περιπτώσεις). Για το σκοπό αυτό έχουν προταθεί διάφορες προσεγγίσεις όσον αφορά μεσίτες εύρους ζώνης, οι οποίες μελετώνται στην εργασία αυτή, ενώ προτείνονται αλγόριθμοι και μηχανισμοί για τη βελτίωση της λειτουργίας και της απόδοσής τους. Το IPv4 είχε τη δυνατότητα υλοποίησης μηχανισμών QoS στο επίπεδο δικτύου με τη χρήση του πεδίου TOS (Type Of Service). Στην πράξη όμως το πεδίο αυτό έμεινε σε μεγάλο βαθμό ανεκμετάλλευτο. Το IPv6 επεκτείνει και βελτιώνει την ιδέα αυτή, παρέχοντας δύο νέα πεδία στην στάνταρ επικεφαλίδα, τα Traffic Class και Flow Label, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν προς αυτήν την κατεύθυνση. Η χρήση των πεδίων αυτών, όπως και γενικότερα η χρήση του IPv6 βρίσκονται ακόμα σε πειραματικό επίπεδο. Καθώς όμως το IPv6 περνάει σιγά-σιγά στο προσκήνιο και ετοιμάζεται να υποκαταστήσει το κυρίαρχο έως τώρα IPv4, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο θα αξιοποιηθούν πρακτικά οι QoS δυνατότητες που προσφέρει το IPv6. Μία σημαντική παράμετρος της υποστήριξης QoS Μηχανισμών από άκρο σε άκρο είναι η συνεργασία μεταξύ διαφορετικών αυτόνομων τμημάτων (domains) που απαιτείται προκειμένου η κίνηση να υφίσταται προνομιακή μεταχείριση καθ’ όλη τη διαδρομή της και να της παρέχονται οι αναγκαίες εγγυήσεις ποιότητας. Η διαπραγμάτευση της συνεργασίας αυτής είναι σαφές ότι πρέπει να είναι όσο το δυνατόν αυτοματοποιημένη για να μπορούν τέτοιου είδους υπηρεσίες να γνωρίσουν ευρύτερη διάδοση. Για το σκοπό αυτό έχει από το RFC 2638 της IETF οριστεί η μονάδα του Bandwidth Broker (μεσίτης εύρους ζώνης). Ελέγχει το δικτυακό φόρτο αποδεχόμενη ή απορρίπτοντας αιτήματα για συγκεκριμένο bandwidth με εγγυήσεις QoS. Οι Bandwidth Brokers χρειάζεται να εγκαθιδρύσουν σχέσεις περιορισμένης εμπιστοσύνης με τις αντίστοιχες μονάδες στα γειτονικά domains, αντίθετα με άλλες αρχιτεκτονικές που απαιτούν τον καθορισμό των χαρακτηριστικών μιας ροής στους δρομολογητές κατά μήκος του από άκρο σε άκρο μονοπατιού. Επομένως η αρχιτεκτονική του Bandwidth Broker δίνει τη δυνατότητα να κρατηθεί η πληροφορία στο επίπεδο του διαχειριστικού domain, αντί να πρέπει να κρατηθεί σε κάθε δρομολογητή, και η DiffServ αρχιτεκτονική δίνει τη δυνατότητα να περιοριστεί η πληροφορία αυτή μόνο για τους ακραίους δρομολογητές κάθε domain. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής ασχοληθήκαμε επίσης με τη μονάδα ελέγχου αποδοχής ενός Bandwidth Broker. Προτείνεται και αξιολογείται ένας προσαρμοστικός αλγόριθμος για αιτήματα κράτησης πόρων που καταφτάνουν νωρίτερα από τον καθορισμένο χρόνο έναρξης της κράτησης. Το γεγονός αυτό επιτρέπει στον αλγόριθμο να συγκεντρώνει ένα σύνολο από πολλαπλά αιτήματα και να κάνει καλύτερη αξιοποίηση του δικτύου, χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα βιβλιογραφία για προβλήματα χρονοδρομολόγησης. Η σημασία της παρακολούθησης και της προσαρμογής της υπολογιστικής επιβάρυνσης για τον Bandwidth Broker φαίνεται σαφέστερα όταν υπάρχει μεγάλος ρυθμός άφιξης αιτημάτων, ενώ το ζητούμενο bandwidth για κάθε κράτηση είναι μικρό, όπως στην περίπτωση πολλαπλών VoIP αιτημάτων σε μία σύνδεση υψηλού bandwidth. / The main goal of this dissertation is the study of two of the main developments related to the Internet network layer: the provisioning of Quality of Service guarantees to part of the total traffic traversing ΙΡ networks, as well as the need for upgrading the IPv4 protocol to IPv6. Also goal of this dissertation is the development of mechanisms and algorithms for the effective administration of resources, the best possible fairness in distributing the quality of service, and the possibility of cooperation and interoperability between different domains in an automated way (without the need for human intervention in most cases). For this reason, a number of approaches have been proposed related to Bandwidth Brokers. These approaches are studied in this dissertation, while new algorithms and mechanisms are proposed for the improvement of their operation and performance. IPv4 was capable of supporting QoS mechanisms at the network layer using the TOS field (Type Of Service). IPv6 advances and improves on this idea, by supplying two new fields in the standard header, called Traffic Class and Flow Label, which can be used for this purpose. The usage of these fields, as well as the usage of IPv6 is still at an early stage. However, while IPv6 comes to the foreground and becomes mature enough to replace the dominant IPv4, it is especially interesting to investigate the way that IPv6 QoS capabilities are practically going to be exploited. An important parameter for supporting end-to-end QoS mechanisms is the interaction between multiple domains so that the designated traffic is subjected to preferential treatment along the whole path. The negotiation of this interaction clearly has to be as much automated as possible, if such services are to be widely supported. For this reason, RFC 2638 from IETF has defined the Bandwidth Broker entity. According to the RFC definition, it controls the network load by accepting or rejecting requests for specific bandwidth with QoS guarantees. Bandwidth Brokers only need to establish relationships of limited trust with their peers in adjacent domains, unlike schemes that require the setting of flow specifications in routers throughout an end-to-end path. In practical technical terms, the Bandwidth Broker architecture makes it possible to keep state on an administrative domain basis, rather than at every router and the service definitions of Premium and Assured service make it possible to confine per flow state to just the leaf routers. In the framework of this dissertation we have also studied the admission control module of a Bandwidth Broker. An adaptive algorithm for advance resource reservation requests is proposed and evaluated. The algorithm gathers and evaluates multiple requests in order to better utilize the network, using previous work on timescheduling problems. The importance of monitoring and adapting the computational overhead for the Bandwidth Broker is clearly demonstrated for high request arrival rates and small bandwidth requests, such as the case for multiple VoIP requests that use a high bandwidth link.

Among the multimedia content distribution services to the handheld receivers, mobile TV is a popular service. Digital Video Broadcast (DVB) networks have high capacity and coverage to perform a mass multimedia content distribution. The conventional DVB networks are designed to cover fixed receivers, which have a roof antenna. The handheld receivers have different configurations which cause weaker link budgets. Generally, a broadcast system is unidirectional and it does not have a feedback channel to ensure the reception of the data at the receiver side. On the other hand, cellular networks have more reliable bidirectional links with the handheld receivers. Individual multimedia transmission to each handheld receiver generates a huge load in the cellular networks. In the specific example of mobile TV, it is not efficient to regenerate the same transmission load for each handheld receiver. In our thesis work, we consider a cooperation between the broadcast systems and the cellular networks for an efficient multimedia reception at the handheld receivers. We use the cellular network link for the retransmission of the lost packets from a multimedia broadcast data-flow reception. In this work we analyze the coverage for handheld receivers in a single frequency broadcast network. We specifically consider several outdoor and indoor scenarios in a DVB-T2 network. We analyze how a data flow is processed in DVB-T2 and propose a scheme for the identification of packets in the DVB transmission. The core contribution of our thesis work is the proposition of a Real-time Flow Repair (RFR) Service based on cellular network, which repairs any multimedia data-flow to the handheld receivers in real-time. The proposed RFR service is based on a light client-server application protocol, namely Constrained Application Protocol (CoAP). The RFR proposal is also supported by the analysis of the load generated in LTE Radio access network due to RFR service.