Design and Analysis of an Information-Centric Protocol Architecture in Softwarized Mobile Networks

Information-Centric Networking emerged as one of the most promising technologies of the Future Internet and a powerful enabling technology for the provisioning of scalable and efficient services in mobile architectures. To serve mobile consumers, most of scientific contributions extend the information-centric communication primitives by means of a pull-based methodology, according to which the mobile consumer issues pending requests every time it reaches a new network attachment point. This approach generates two important shortcomings. First, the requests delivered before the handover will generate stale paths with wrong forwarding information in their network routers. As a consequence, some new contents will be delivered also to previous locations, thus wasting bandwidth and energy. Second, during handovers, mobile consumers may miss some contents released in real-time. In order to solve these issues, this work conceives a novel protocol architecture that properly customizes the functionalities of Information-Centric Networking, Multi-access Edge Computing, and Software Defined Networking paradigms. The impact of the devised protocol architecture on the communication overhead, router memory, and energy consumption is analytically formulated and evaluated in scenarios with different topology, mobility, application settings, and number of mobile consumers. The conducted tests demonstrate the effectiveness of the proposed protocol architecture, through computer simulations, in all the considered scenarios.

L’Information-Centric Networking si è affermato come una delle tecnologie più promettenti dell'Internet del Futuro, in grado di abilitare la fornitura di servizi scalabili ed efficienti nelle architetture mobili. Per servire i consumatori mobili, la maggior parte dei contributi scientifici estendono le primitive di comunicazione dell’Information-Centric Networking tramite metodi basati sul pull, secondo il quale il consumatore mobile invia richieste ogni volta che raggiunge un nuovo punto di accesso alla rete. Questo approccio genera due importanti problemi. Innanzitutto, le richieste consegnate prima dell'handover genereranno percorsi obsoleti con informazioni di instradamento errate nei router di rete. Di conseguenza, alcuni nuovi contenuti verranno consegnati anche nei punti di accesso precedenti, sprecando banda ed energia. In secondo luogo, durante gli handover, i consumatori mobili potrebbero perdere alcuni contenuti rilasciati in tempo reale. Per risolvere questi problemi, questo lavoro concepisce una nuova architettura protocollare che sfrutta opportunamente le funzionalità dei paradigmi Information-Centric Networking, Multi-access Edge Computing e Software Defined Networking. L'impatto dell'architettura protocollare ideata sull'overhead di comunicazione, sulla memoria dei router e sul consumo di energia è modellato e valutato analiticamente in scenari con diverse condizioni di topologia, mobilità, natura dell’applicazione e numero di consumatori mobili. I test condotti dimostrano l'efficacia dell'architettura protocollare proposta, attraverso simulazioni al computer, in tutti gli scenari considerati.