Network coding for dense cooperative wireless Cloud networks

This thesis aims to provide both theoretical and experimental contributions, presenting a solution to the growing problem of the congestion in mobile networks. Indeed nowadays, the widespread diffusion of personal devices , such as smart-phones, tablets and laptops, all equipped with wireless connectivity, has resulted in a massive use of current resources offered by mobile networks. The research is focusing in the direction of improving the capacity of mobile networks by introducing new technologies such as LTE , which provide better performance for users, with the disadvantage for the operators to update the radio equipment currently deployed. This thesis is based on a different research sphere, focused on the optimization of the existing systems. The idea is to use the Network Coding theory. In the literature there are numerous contributions on this focus, which have been analyzed and summarized in the first section of the thesis. The innovative contribution is the definition of an algorithm based on the Network Coding theory, with some original characteristics that make it particularly suitable to be implemented on real devices, even in the smallest, with low processing power and strict limits on the available energy. The proposed algorithm is compared with two reference algorithms in a numerical simulated environment. In this way we obtain an upper limit to the performance that can be offered by a possible practical implementation of the algorithm, as well as a comparison with the performance obtainable with the currently available algorithms. After the numerical validation phase, it is presented an application based on the Android platform with the aim to evaluate the behavior of the algorithm in a real environment. The application allows a group of users located in proximity each other, to cooperate in order to download a common content from a remote host, which can be, for example, informative material to be used in a conference. The application uses innovative technologies, such as Wi-Fi Direct, to create a sharing platform on which the content is shared, using appropriate protocols defined in this thesis that implement the proposed Network Coding algorithm. From the results analysis, it is possible to proof how the algorithm gives significant advantages and is really applicable for everyday use.

Questo lavoro di tesi, dai contenuti sia teorici sia sperimentali, propone una soluzione al crescente problema della congestione delle reti mobili. Infatti al giorno d'oggi la vasta diffusione di dispositivi personali, come smartphone, tablet e notebook, dotati tutti di connettività wireless, ha portato ad un massiccio utilizzo delle attuali risorse offerte dalle reti radiomobili. La ricerca si sta concentrando nella direzione di un miglioramento della capacità delle reti radiomobili introducendo nuove tecnologie, come LTE, che offrono prestazioni migliori agli utenti, con lo svantaggio per gli operatori di dover adeguare gli attuali apparati radio disposti sul territorio. Questo lavoro di tesi si inquadra in un ambito di ricerca differente, focalizzato sull'ottimizzazione dei sistemi già esistenti. L'idea è di utilizzare la teoria del Network Coding. In letteratura sono presenti numerosi contributi a riguardo, che sono stati analizzati e riassunti in una prima sezione del lavoro di tesi. Il contributo innovativo è rappresentato dalla definizione di un algoritmo basato sulla teoria del Network Coding, che presenta alcune variazioni che lo rendono particolarmente adatto per essere implementato su dispositivi reali, anche di piccole dimensioni, dotati di bassa potenza elaborativa e di stringenti limitazioni sull'energia a disposizione. L'algoritmo proposto viene comparato con due algoritmi di riferimento in un ambiente simulato numericamente. In questo modo si ottiene un limite superiore alle prestazioni che possono essere offerte da una eventuale implementazione pratica dell'algoritmo, nonché un paragone con le performance ottenibili con gli algoritmi attualmente a disposizione. Una volta terminata la fase di validazione numerica, viene presentata una applicazione basata su piattaforma Android che consente di valutare in un ambiente reale il comportamento dell'algoritmo stesso. L'applicazione consente ad un gruppo di utenti posti in prossimità di cooperare per lo scaricamento di un contenuto remoto comune, quale può essere del materiale informativo da utilizzare ad una conferenza. L'applicazione utilizza tecnologie innovative, quali Wi-Fi Direct, per creare una piattaforma di condivisione sul quale vengono scambiati i contenuti richiesti, utilizzando appositi protocolli definiti in questa tesi che implementano l'algoritmo di Network Coding proposto. Dall'analisi dei risultati è possibile vedere come l'algoritmo porti sensibili vantaggi e sia realmente applicabile nell'utilizzo quotidiano.