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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Kommunikationsnetze und RechnersystemeSubject: search.filters.subject.004

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    Entwurf eines Überlast-Reglers unter Berücksichtigung des Netzzustandes und möglicher Überlast-Beschränkungen
    (2012) Mast, Dirk
    Auf dem Pfad eines Nutzers, der eine Verbindung mit einem Dienst über das Internet aufbaut, liegen typischerweise einer oder mehrere Router. Jeder dieser Router hat einen gewissen Pufferspeicher für Pakete (Routerqueue). Sobald der Router Pakete schneller empfängt, als er sie weiterleiten kann, füllt sich dieser Puffer. Bei einem Überlauf des Puffers kommt es zum Paketverlust, da der Router weitere ankommende Pakete verwerfen muss. Dieses Verwerfen führt entweder zu komplettem Datenverlust, oder einem erneuten Senden der Daten und bringt damit Verzögerungen mit sich, die für Echtzeitanwendungen oder Streaming problematisch sind. Das erneute Senden von Daten, wie es vom Transmission Control Protocol (TCP) bei Verlust gemacht wird, sorgt dafür, dass der Empfänger garantiert Daten erhält. Allerdings füllt sich dadurch wiederum die Routerqueue und verschlimmert daher möglicherweise die Überlastsituation. Ein Ansteigen der Latenzzeit durch größere Pufferfüllstände ist eine weitere unangenehme Folge des erneuten Sendens. Häufig wird versucht, die unterschiedlichen Anforderungen von einzelnen Verkehrsarten mit einer gezielten Priorisierung an den Zwischenroutern zu lösen. Hierbei wird Echtzeitverkehr mit einer höheren Priorität versendet, wie zeitunkritischer Verkehr, welcher länger im Routerpuffer verweilen muss. Im Gegensatz zu Verkehrspriorisierungen wird in dieser Diplomarbeit versucht, mit einem Adaptionsregler auf die Überlastsituation zu reagieren, um nicht nur in einer Überlastsituation gezielt manchen Verkehr zu bevorteilen, sondern aktiv den erzeugten Verkehr und damit die Überlastsituation zu reduzieren. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass nur ein Feedback über den Netzzustand benötigt wird, und man nicht auf intelligentere Router angewiesen ist, die Pakete priorisieren können.
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    ILP-based resource optimization realized by quantum annealing for optical wide-area communication networks : a framework for solving combinatorial problems of a real-world application by quantum annealing
    (2024) Witt, Arthur; Kim, Jangho; Körber, Christopher; Luu, Thomas
    Resource allocation of wide-area internet networks is inherently a combinatorial optimization problem that if solved quickly, could provide near real-time adaptive control of internet-protocol traffic ensuring increased network efficacy and robustness, while minimizing energy requirements coming from power-hungry transceivers. In recent works we demonstrated how such a problem could be cast as a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem that can be embedded onto the D-Wave Advantage™ quantum annealer system, demonstrating proof of principle. Our initial studies left open the possibility for improvement of D-Wave solutions via judicious choices of system run parameters. Here we report on our investigations for optimizing these system parameters, and how we incorporate machine learning (ML) techniques to further improve on the quality of solutions. In particular, we use the Hamming distance to investigate correlations between various system-run parameters and solution vectors. We then apply a decision tree neural network (NN) to learn these correlations, with the goal of using the neural network to provide further guesses to solution vectors. We successfully implement this NN in a simple integer linear programming (ILP) example, demonstrating how the NN can fully map out the solution space that was not captured by D-Wave. We find, however, for the 3-node network problem the NN is not able to enhance the quality of space of solutions.
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    Faire Ressourcenaufteilung mit mehreren QoS-Klassen in zellulären Mobilfunknetzen
    (2011) Cao, Bo
    Ziel dieser Diplomarbeit war es, die verschiedenen Scheduler-Algorithmen in der Basisstation zu implementieren, die Untersuchung und Abwägung zwischen Übertragungseffizienz und Fairness und einer adaptiven Parametrisierung der Fairnesseigenschaften eines Schedulers durchzuführen. Durch die Simulation mussten die Ergebnisse hinsichtlich Fairness, Zelldurchsatz und Erfüllungsgrad der QoS-Anforderungen analysiert und diskutiert werden.
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    Implementierung von OpenFlow für Juniper Router
    (2011) Kostadinow, Filip
    Bei OpenFlow handelt es sich um einen Standard, der als Feature zu einem Switch oder Router hinzugefügt werden kann. Dieser ermöglicht die Ansteuerung von Switchen oder Routern. Über das OpenFlow-Protokoll lassen sich die Forwardingtabellen über das Netzwerk bearbeiten. Somit wird es ermöglicht, experimentelle Netzwerkprotokolle für Forschungszwecke zu testen, ohne dass Hersteller die interne Funktionsweise ihrer Geräte preisgeben müssen. Eine Reihe namenhafter Hersteller, wie Juniper Networks oder Cisco haben mit der Integration von OpenFlow in ihre Produkte begonnen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob und wie sich OpenFlow auf einem Juniper Networks Router mit Hilfe des Junos SDKs realisieren lässt. Die Aufgabenstellung umfasst in einem ersten Schritt die Einarbeitung in die Architektur des Routers sowie in das Junos SDK, um mögliche Abbildungen von OpenFlow auf den Juniper Router herauszuarbeiten. Darauf aufbauend wird eine Architektur entwickelt, mit der OpenFlow auf einen Juniper Router umgesetzt werden kann. Die Architektur sieht hierbei für die Realisierung von OpenFlow zwei Komponenten vor, welche auf verschiedenen Schichten der Routerarchitektur ausgeführt werden. Die Hauptaufgabe der einen Komponente ist die Kommunikation mit einem externen Controller, während die andere Komponente die Paketverarbeitung übernimmt. Anhand dieser Architektur erfolgt eine prototypische Implementierung.
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    Entwurf und Realisierung eines Testbeds für die Untersuchung von verzögerungsbasierten Staukontrollmechanismen
    (2011) Hübler, Mark
    Ziel dieser Arbeit war es Störgrößen für die verlusbasierte Staukontrolle in TCP zu identifizieren und mit Hilfe des Netzemulator-Framework IKR-EmuLib ein Testbed zu entwerfen, das es ermöglicht verschiedene Verzögerungsmessverfahren und Staukontrollmechanismen zu untersuchen. Als potentielle Störgrößen wurden schwankende Paketverzögerungen durch Bearbeitung in Netzwerkgeräten, sowie bei WLAN-Verbindungen für das Testbed modelliert. Während die modellierte Verzögerung in Netzwerkgeräten sich nur mit der Paketlänge ändert, enthält das WLAN-Modell auch stochastische Komponenten. Deswegen stellt insbesondere das WLAN-Modell eine Herausforderung für die Staukontrolle dar und sollte hilfreich bei der Verbesserung von Staukontrollmechanismen sein.
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    Adaptive error control for stratospheric long-distance optical links
    (2024) Parthasarathy, Swaminathan; Kirstädter, Andreas (Prof. Dr.-Ing.)
    Free-space optical (FSO) communication plays a crucial role in aerospace technology, utilizing lasers to establish high-speed, wireless connections over long distances. FSO surpasses conventional RF wireless technology in various aspects and supports high-data-rate connectivity for services such as Internet access, data transfer, voice communication, and image transfer. High-Altitude Platforms (HAPs) have emerged as ideal hosts for FSO communication networks, offering ultra-high data rates for applications like high-speed Internet, video conferencing, telemedicine, smart cities, and autonomous driving. FSO via HAPs ensures minimal latency, making it suitable for real-time tasks like remote surgery and autonomous vehicle control. The swift, long-distance communication links with low delays make FSO-equipped HAPs ideal for RF-congested areas, providing cost-effective solutions in remote regions and contributing to environmental monitoring. This thesis explores the use of adaptive code-rate Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) methods and channel state information (CSI) to improve the transmission efficiency of Free-Space Optical (FSO) links between High Altitude Platforms (HAPs). The study looks at channel problems like atmospheric turbulence and static pointing errors, focusing on the weak fluctuation regime of atmospheric turbulence. It explores the reciprocal behavior in bidirectional FSO channels to improve performance efficiency, providing evidence of channel reciprocity. The research proposes using HARQ, an adaptive Reed-Solomon (RS) code-rate technique, and different CSI types to address these impairments. Simulations of various situations are used to test how well these methods work. This helps us learn more about how efficient HARQ protocols are in inter-HAP FSO links, how important different CSI is in adaptive rate HARQ, and possible ways to make the system more efficient. This thesis looks at the channel model for inter-High Altitude Platform (HAP) Free-Space Optical (FSO) links in great detail, taking atmospheric conditions and static pointing errors into account. The channel is modeled as a lognormal fading channel under a weak fluctuation regime. The principle of channel reciprocity and the measures used to quantify it are discussed, providing a foundational understanding for the subsequent investigations. Forward Error Correction (FEC) schemes, with a specific emphasis on the Reed-Solomon (RS) scheme, and various Automatic Repeat reQuest (ARQ) schemes are thoroughly examined. A meticulous comparison of different ARQ schemes highlights that Selective Repeat ARQ (SR-ARQ) is the most efficient for high-error-rate channels, making it the preferred choice for inter-HAP FSO channels. Conversely, Stop and Wait ARQ (SW-ARQ) and Go-Back-N ARQ (GBN-ARQ) are found to be less suitable for these channels. An innovative approach is introduced, leveraging various types of Channel State Information (CSI) to adjust the Reed-Solomon Forward Error Correction (FEC) code-rate. Four types of CSI: perfect CSI (P-CSI), reciprocal CSI (R-CSI), delayed CSI (D-CSI), and fixed mean CSI (F-CSI) are employed. The adaptation of the Reed-Solomon FEC code-rate, aligned with Selective Repeat ARQ, is explored, and the optimal power selection is identified through rigorous analysis. It shows simulation models that use OMNET++ and gives information about the inter-HAP channel and the event-based selective repeat HARQ model. The study demonstrates reciprocity in the longest recorded ground-to-ground bidirectional Free-Space Optical (FSO) link, holding promise to mitigate signal scintillation caused by atmospheric turbulence. It evaluates the performance of different ARQ protocols and adaptive Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) schemes in inter-HAP FSO communication systems. The results show how channel state information, turbulence in the atmosphere, and pointing errors affect the performance of the system. They also suggest ways to improve system efficiency, such as using CSI prediction and soft combining. These findings offer valuable insights for the design and optimization of ARQ and HARQ schemes in inter-HAP FSO communication systems and suggest promising avenues for future research.
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    Mobility support in industrial edge computing for latency critical applications
    (2024) Govindaraj, Keerthana; Kirstädter, Andreas (Prof. Dr.-Ing.)
    During the last decade, Industry 4.0 has gained increasing attention. Mainly two factors drive this enormous growth, firstly the pressing need for novel use cases in manufacturing industries and secondly the rapid progress of aiding technologies in wireless communication. The most prominent use cases that shape the future of manufacturing involve batch-size-one production, predictive maintenance, and AI-based quality monitoring. The devices and applications that majorly constitute these use cases are Augmented Reality devices (AR), Autonomous Guided Vehicle (AGV), and Collaborative Robots (CR). These applications have stringent requirements in terms of the amount of data that needs to be processed and the duration within which it needs to be processed. The devices running these applications are mobile in nature. Therefore, they have a small form factor and are resource constrained. Thus, these applications can be offloaded to computers with high resource availability. Cloud Computing (CC) has already paved its way into manufacturing to resolve some of the resource and accessibility issues. However, it is not a viable solution for Industry 4.0 applications due to the latency requirements as well as security concerns. Edge Computing (EC) is a novel paradigm proposed to alleviate the latency-related issues in many commercial use cases. Thus, EC is explored in this work for its viability in Industry 4.0 use cases to identify the challenges and examine their practicality in manufacturing infrastructure. In EC, the computing entities called Edge Servers (ES) are advised to be placed as close as possible to the source of data generation to reduce the latencies involved in communication. Since the backend network infrastructure in factories has limited capacity, and also over-provisioning it is expensive, the placement of ESs centrally at the factory data center creates an extensive load on the network. Therefore, a distributed EC is necessary ideally at the first hop of the communication channel. The first hop is catered by wireless technologies with high data transmission rates, such as 5G. However, the devices considered in Industry 4.0 use cases are highly mobile and the corresponding applications offloaded are stateful. Thus, to avoid data traffic over the backend network, the application on the ES needs to be migrated to a suitable ES closer to the mobile client. The downtime experienced during the migration process influences the quality of experience of the clients. Additionally, depending on the number of mobile devices present in the system, the number of migration triggers increases. Accordingly, a new ES needs to be selected for all the clients that experience response time violation. Moreover, the migration triggers need to be orchestrated to avoid congesting the backend network with the migration data. The state-of-the-art does not offer a complete mobility support solution for Industry 4.0 scenario. Thus, this work makes two major contributions to provide a practical approach for mobility support in industrial edge computing for latency critical applications. Firstly, it proposes a novel stateful migration scheme that reduces the downtime during the migration by a factor of 4−7 compared to an established state-of-the-art migration scheme. Subsequently, an extension of this migration schemed to further reduce the downtime to "zero". Secondly, it proposes a scheduling scheme to orchestrate multiple simultaneous migration triggers, that in turn reduces the total amount of data migrated by 64.15%. All the statements are backed by thorough evaluations done using an NS3-simulation environment.