Context aware resource management for mobile and fixed networking systems

Abstract

“Context”, as a research notion, has been invented and roughly exploited in many fields of computer science since 1960s and refers to the general idea that computers can sense, react and adapt their functionalities based on the information they acquire from their environment. In mobile and wireless networking research field, context awareness concepts have been widely adopted as means to provide more intelligent functionalities in terms of context information acquisition, exchange and evaluation, while business logic breakthroughs are being proposed, too. Context-aware resource management is a new research field dealing with ways that traditional resource management algorithms in mobile and wireless networking systems can have more intelligent decision making mechanisms by fully exploiting all context information being available in their geographical environment. Additionally, taking into account the fact that the silos between mobile and fixed networking systems are gradually breaking down, decision making mechanisms have to be realized from an overall system perspective (i.e. for converged mobile and fixed network infrastructures), that is jointly take into consideration mobile and fixed networking systems resources availability for efficient resource management procedures. Finally, during the last years, due to the continuous convergence of computing and networking systems, context awareness concepts appear to be a major research “glue-point” of such kind of heterogeneous environments’ integration. Implications of Cloud Computing (CC) paradigm, which are applicable in mobile and wireless networking area are increasingly gaining ground and Mobile Cloud Computing/Networking (MCC/MCN) is an emerging research area introducing itself as the integration of CC into the existing and upcoming 4G HetNet and beyond setups.In this PhD thesis, novel context-aware resource management schemes and algorithms are proposed for: a) 4G heterogeneous wireless network (HetNet) environments, b) mobile and fixed networking systems’ convergence, and c) hybrid/mobile cloud infrastructures, while their performance is evaluated in comparison with related existing state-of-the-art solutions. In a nutshell, this thesis’ main contribution is that it introduces several architectural and algorithmic innovations for context aware resource management in convergent mobile and fixed networking systems towards realizing novel building blocks of the next generation mobile networking continuum.

Η έννοια του “γενικότερου/ευρύτερου πλαισίου” (context) στην έρευνα εισήχθη καιαξιοποιήθηκε για πρώτη φορά στο χώρο των επιστημών της μηχανικής Η/Υ τη δεκαετία του1960 και αναφέρεται στη γενική ιδέα ότι οι ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να“αισθάνονται”, να αντιδρούν και να προσαρμόζουν τη λειτουργία τους βάσει τωνπληροφοριών που συλλέγουν από το περιβάλλον τους. Στο πεδίο των κινητών καιασύρματων επικοινωνιών, οι έννοιες που είναι σχετικές με την επίγνωση του πλαισίου(context awareness) έχουν υιοθετηθεί ευρέως για την παροχή εξυπνότερων λειτουργικοτήτωνπου έχουν σχέση με τη συλλογή, την ανταλλαγή και την αξιολόγηση των πληροφοριών, ενώέχουν προταθεί και καινοτόμα επιχειρηματικά μοντέλα και λύσεις που βρίσκουν εφαρμογήστην πραγματική αγορά. Η “διαχείριση πόρων με επίγνωση πλαισίου” είναι ένα νέοερευνητικό πεδίο που ασχολείται με τη βελτίωση των παραδοσιακών αλγορίθμων διαχείρισηςπόρων στα κινητά και ασύρματα δικτυακά συστήματα, έτσι ώστε να μπορούν να παίρνουνεξυπνότερες και αποδοτικότερες αποφάσεις λόγω της πλήρους αξιοποίησης τωνπληροφοριών που βρίσκεται στο περιβάλλον τους (context information). Επιπρόθετα,λαμβάνοντας υπόψιν το γεγονός ότι στις μέρες μας παρατηρείται μία συνεχής ανάγκη γιασύγκλιση των κινητών και σταθερών δικτυακών συστημάτων, οι μηχανισμοί λήψηςαποφάσεων θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψιν τους τη νέα αυτή πραγματικότητα για τηναποδοτικότερη διαχείριση δικτυακών πόρων. Τέλος, λόγω του ότι τα τελευταία χρόνιαπαρατηρείται επίσης μία σύγκλιση μεταξύ των δικτυακών και των υπολογιστικών(computing) συστημάτων, επίγνωση του πλαισίου σημαίνει ότι οι νέοι αλγόριθμοιδιαχείρισης πόρων θα πρέπει να λαμβάνουν ταυτόχρονα υπόψιν τους διαθέσιμους δικτυακούςκαι υπολογιστικούς πόρους για τη μεταφορά οποιασδήποτε υπηρεσίας στις κινητέςηλεκτρονικές συσκευές οποιουδήποτε χρήστη. Έτσι, η εισαγωγή εννοιών του υπολογιστικούνέφους (cloud computing) στα υπάρχοντα ετερογενή ασύρματα δικτυακά περιβάλλοντα 4ηςγενιάς αποτελεί μία ιδιαίτερη πρόκληση για την παγκόσμια ερευνητική κοινότητα.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, προτείνονται καινοτόμες αρχιτεκτονικές και καινοτόμοιαλγόριθμοι για: α) ετερογενή ασύρματα δικτυακά περιβάλλοντα 4ης γενιάς, β) ενοποιημένακινητά και σταθερά δικτυκά συστήματα, και γ) υβριδικές και κινητές υποδομέςυπολογιστικού νέφους (hybrid/mobile cloud infrastructures). Οι προτεινόμενεςαρχιτεκτονικές και προτεινόμενοι αλγόριθμοι αξιολογούνται και συγκρίνονται μευπάρχουσες λύσεις από τη διεθνή βιβλιογραφία.