Communications Middleware for Challenging Networking Scenarios

Next-generation networks, which are arising in modern scenarios such as smart cities, and tactical edge networks (the basis for modern warfare in the battlefield) are extremely challenging scenarios with many common characteristics. Frequent link disruption and packet loss, nodes’ mobility, and scarce resource availability make such networking scenarios not suitable for applications that rely on traditional networking solutions. This calls for new approaches that provide sufficient quality of service and the necessary communication semantics to support applications in next-generations and tactical edge networks. For this purpose, the Thesis presents middleware-level solutions that are the result of extended research and design efforts. The Agile Computing Middleware is a solution specifically designed to support applications running in extremely dynamic and challenging wireless networks. Among its components, NetProxy is a transparent network proxy that enables the reuse of Commercial Off-The-Shelf and legacy applications in tactical edge networks by remapping application requests over the right set of paradigms and features provided by the middleware. An extension of DisService, another component of the Agile Computing Middleware, exploits the prediction of future contacts with nodes to promote mobile data offloading for the cellular network and optimize of the allocation of scarce resources. Finally, ICeDiM is a solution that introduces the concept of Application-level Dissemination Channels to engage users in the resource sharing process while also controlling resource allocation at the middleware level. The results obtained from several experiments run in both simulated and real world scenarios show that the proposed solutions can effectively improve the quality of service offered to applications.

Le reti di prossima generazione, che stanno emergendo nei moderni scenari smart city, e le reti tattiche (che sono alla base delle tecniche di guerra all’avanguardia) sono scenari estremamente complessi con molte caratteristiche in comune. Frequenti disconnessioni e perdita di pacchetti, alta mobilità dei nodi e scarsa disponibilità di risorse rendono tali scenari di rete fortemente inadatti per supportare applicazioni basate su soluzioni di networking tradizionali. Ciò rende necessario sviluppare nuovi tipi di approccio che siano in grado di fornire una qualità del servizio sufficiente e le necessarie semantiche di comunicazione alle future applicazioni militari e di prossima generazione. A questo scopo, la Tesi presenta alcune soluzioni a livello middleware che sono il risultato di un esteso lavoro di ricerca e progettazione. Agile Computing Middleware è una soluzione specificatamente sviluppata per supportare applicazioni che lavorano in ambienti wireless estremamente complessi e dinamici. Fra i suoi componenti, NetProxy è un proxy di rete trasparente che abilita il riuso di applicazioni legacy e “Commercial Off-The-Shelf” su reti tattiche rimappando le richieste applicative sul giusto insieme di paradigmi di comunicazione e funzionalità offerti dal middleware. Un altro componente di Agile Computing Middleware è DisService, per il quale ho sviluppato un’estensione che prevede i futuri contatti con alcuni nodi della rete per ridurre il carico sulla rete cellulare e ottimizzare l’allocazione di risorse scarse. Infine, ICeDiM è un middleware che introduce il concetto di Canali di Disseminazione a livello Applicativo per coinvolgere gli utenti nella condivisione di risorse e, al contempo, controllarne la loro allocazione a livello di middleware. I risultati ottenuti da diversi esperimenti, effettuati sia in ambiente simulato che in scenari reali, mostrano che le soluzioni proposte possono migliorare efficacemente la qualità del servizio offerto alle applicazioni.