Incorporate ACO routing algorithm and mobile sink in wireless sensor networks

Today, science and technology is developing, particularly the internet of things (IoT), there is an increasing demand in the sensor field to serve the requirements of individuals within modern life. Wireless sensor networks (WSNs) was created to assist us to modernize our lives, saving labor, avoid dangers, and that bring high efficiency at work. There are many various routing protocols accustomed to increase the ability efficiency and network lifetime. However, network systems with one settled sink frequently endure from a hot spots issue since hubs close sinks take a lot of vitality to forward information amid the transmission method. In this paper, the authors proposed combining the colony optimization algorithm ant colony optimization (ACO) routing algorithm and mobile sink to deal with that drawback and extend the network life. The simulation results on MATLAB show that the proposed protocol has far better performance than studies within the same field

Technology-related disasters:a survey towards disaster-resilient software defined networks

Resilience against disaster scenarios is essential to network operators, not only because of the potential economic impact of a disaster but also because communication networks form the basis of crisis management. COST RECODIS aims at studying measures, rules, techniques and prediction mechanisms for different disaster scenarios. This paper gives an overview of different solutions in the context of technology-related disasters. After a general overview, the paper focuses on resilient Software Defined Networks

Adaptive Mechanisms to Improve Message Dissemination in Vehicular Networks

En el pasado, se han dedicado muchos recursos en construir mejores carreteras y autovías. Con el paso del tiempo, los objetivos fueron cambiando hacia las mejoras de los vehículos, consiguiendo cada vez vehículos más rápidos y con mayor autonomía. Más tarde, con la introducción de la electrónica en el mercado del automóvil, los vehículos fueron equipados con sensores, equipos de comunicaciones, y otros avances tecnológicos que han permitido la aparición de coches más eficientes, seguros y confortables. Las aplicaciones que nos permite el uso de las Redes Vehiculares (VNs) en términos de seguridad y eficiencia son múltiples, lo que justifica la cantidad y recursos de investigación que se están dedicando en los últimos años. En el desarrollo de esta Tesis, los esfuerzos se han centrado en el área de las Vehicular Ad-hoc Networks, una subclase de las Redes Vehiculares que se centra en las comunicaciones entre los vehículos, sin necesidad de que existan elementos de infraestructura. Con la intención de mejorar el proceso de diseminación de mensajes de alerta, imprescindibles para las aplicaciones relacionadas con la seguridad, se ha propuesto un esquema de difusión adaptativo, capaz de seleccionar automáticamente el mecanismo de difusión óptimo en función de la complejidad del mapa y de la densidad actual de vehículos. El principal objetivo es maximizar la efectividad en la difusión de mensajes, reduciendo al máximo el número de mensajes necesarios, evitando o mitigando las tormentas de difusión. Las propuestas actuales en el área de las VANETs, se centran principalmente en analizar escenarios con densidades típicas o promedio. Sin embargo, y debido a las características de este tipo de redes, a menudo se dan situaciones con densidades extremas (altas y bajas). Teniendo en cuenta los problemas que pueden ocasionar en el proceso de diseminación de los mensajes de emergencia, se han propuesto dos nuevos esquemas de difusión para bajas densidades: el \emph{Junction Store and Forward} (JSF) y el \emph{Neighbor Store and Forward} (NSF). Además, para situaciones de alta densidad de vehículos, se ha diseñado el \emph{Nearest Junction Located} (NJL), un esquema de diseminación que reduce notablemente el número de mensajes enviados, sin por ello perder prestaciones. Finalmente, hemos realizado una clasificacion de los esquemas de difusión para VANETs más importantes, analizando las características utilizadas en su diseño. Además hemos realizado una comparación de todos ellos, utilizando el mismo entorno de simulación y los mismos escenarios, permitiendo conocer cuál es el mejor esquema de diseminación a usar en cada momento

ACO-Based Routing Algorithm for Cognitive Radio Networks

Cognitive Radio Networks (CRNs) are an outstanding solution to improve efficiency of spectrum usage. Secondary users in cognitive networks may select from a set of available channels to use provided that the occupancy does not affect the prioritized licensed users. However, CRNs produce unique routing challenges due to the high fluctuation in the available spectrum as well as diverse quality-of-service (QoS) requirements. In CRNs, distributed multihop architecture and time varying spectrum availability are some of the key factors in design of routing algorithms. In this paper, we develop an ant-colony-optimization- (ACO-) based on-demand cognitive routing algorithm (ACO-OCR), jointly consider path and spectrum scheduling, and take advantage of the availability of multiple channels, to improve the delivery latency and packet loss rate. Then, an analytical framework based on M/G/1 queuing theory is introduced to illustrate the relay node queuing model. The performances of ACO-OCR have been evaluated by means of numerical simulations, and the experimental results confirm its effectiveness. Simulation results show that ACO-OCR outperforms other routing approaches in end-to-end path latency and package loss rate

Cognitive privacy for personal clouds

This paper proposes a novel Cognitive Privacy (CogPriv) framework that improves privacy of data sharing between Personal Clouds for different application types and across heterogeneous networks. Depending on the behaviour of neighbouring network nodes, their estimated privacy levels, resource availability, and social network connectivity, each Personal Cloud may decide to use different transmission network for different types of data and privacy requirements. CogPriv is fully distributed, uses complex graph contacts analytics and multiple implicit novel heuristics, and combines these with smart probing to identify presence and behaviour of privacy compromising nodes in the network. Based on sensed local context and through cooperation with remote nodes in the network, CogPriv is able to transparently and on-the-fly change the network in order to avoid transmissions when privacy may be compromised. We show that CogPriv achieves higher end-to-end privacy levels compared to both noncognitive cellular network communication and state-of-the-art strategies based on privacy-aware adaptive social mobile networks routing for a range of experiment scenarios based on real-world user and network traces. CogPriv is able to adapt to varying network connectivity and maintain high quality of service while managing to keep low data exposure for a wide range of privacy leakage levels in the infrastructure

FSF: Applying machine learning techniques to data forwarding in socially selfish Opportunistic Networks

[EN] Opportunistic networks are becoming a solution to provide communication support in areas with overloaded cellular networks, and in scenarios where a fixed infrastructure is not available, as in remote and developing regions. A critical issue, which still requires a satisfactory solution, is the design of an efficient data delivery solution trading off delivery efficiency, delay, and cost. To tackle this problem, most researchers have used either the network state or node mobility as a forwarding criterion. Solutions based on social behaviour have recently been considered as a promising alternative. Following the philosophy from this new category of protocols, in this work, we present our ¿FriendShip and Acquaintanceship Forwarding¿ (FSF) protocol, a routing protocol that makes its routing decisions considering the social ties between the nodes and both the selfishness and the device resources levels of the candidate node for message relaying. When a contact opportunity arises, FSF first classifies the social ties between the message destination and the candidate to relay. Then, by using logistic functions, FSF assesses the relay node selfishness to consider those cases in which the relay node is socially selfish. To consider those cases in which the relay node does not accept receipt of the message because its device has resource constraints at that moment, FSF looks at the resource levels of the relay node. By using the ONE simulator to carry out trace-driven simulation experiments, we find that, when accounting for selfishness on routing decisions, our FSF algorithm outperforms previously proposed schemes, by increasing the delivery ratio up to 20%, with the additional advantage of introducing a lower number of forwarding events. We also find that the chosen buffer management algorithm can become a critical element to improve network performance in scenarios with selfish nodes.This work was partially supported by the "Camilo Batista de Souza/Programa Doutorado-sanduiche no Exterior (PDSE)/Processo 88881.133931/2016-01" and by the Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades, Programa Estatal de Investigacion, Desarrollo e Innovacion Orientada a los Retos de la Sociedad, Proyectos I+D+I 2018, Spain, under Grant RTI2018-096384-B-I00".Souza, C.; Mota, E.; Soares, D.; Manzoni, P.; Cano, J.; Tavares De Araujo Cesariny Calafate, CM.; Hernández-Orallo, E. (2019). FSF: Applying machine learning techniques to data forwarding in socially selfish Opportunistic Networks. Sensors. 19(10):1-26. https://doi.org/10.3390/s19102374S1261910Trifunovic, S., Kouyoumdjieva, S. T., Distl, B., Pajevic, L., Karlsson, G., & Plattner, B. (2017). A Decade of Research in Opportunistic Networks: Challenges, Relevance, and Future Directions. IEEE Communications Magazine, 55(1), 168-173. doi:10.1109/mcom.2017.1500527cmLu, X., Lio, P., & Hui, P. (2016). Distance-Based Opportunistic Mobile Data Offloading. Sensors, 16(6), 878. doi:10.3390/s16060878Zeng, F., Zhao, N., & Li, W. (2017). Effective Social Relationship Measurement and Cluster Based Routing in Mobile Opportunistic Networks. Sensors, 17(5), 1109. doi:10.3390/s17051109Khabbaz, M. J., Assi, C. M., & Fawaz, W. F. (2012). Disruption-Tolerant Networking: A Comprehensive Survey on Recent Developments and Persisting Challenges. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 14(2), 607-640. doi:10.1109/surv.2011.041911.00093Miao, J., Hasan, O., Mokhtar, S. B., Brunie, L., & Yim, K. (2013). An investigation on the unwillingness of nodes to participate in mobile delay tolerant network routing. International Journal of Information Management, 33(2), 252-262. doi:10.1016/j.ijinfomgt.2012.11.001CRAWDAD Dataset Uoi/Haggle (v. 2016-08-28): Derived from Cambridge/Haggle (v. 2009-05-29)https://crawdad.org/uoi/haggle/20160828Eagle, N., Pentland, A., & Lazer, D. (2009). Inferring friendship network structure by using mobile phone data. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(36), 15274-15278. doi:10.1073/pnas.0900282106Tsai, T.-C., & Chan, H.-H. (2015). NCCU Trace: social-network-aware mobility trace. IEEE Communications Magazine, 53(10), 144-149. doi:10.1109/mcom.2015.7295476Hui, P., Crowcroft, J., & Yoneki, E. (2011). BUBBLE Rap: Social-Based Forwarding in Delay-Tolerant Networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, 10(11), 1576-1589. doi:10.1109/tmc.2010.246Lindgren, A., Doria, A., & Schelén, O. (2003). Probabilistic routing in intermittently connected networks. ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review, 7(3), 19-20. doi:10.1145/961268.961272Cao, Y., & Sun, Z. (2013). Routing in Delay/Disruption Tolerant Networks: A Taxonomy, Survey and Challenges. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 15(2), 654-677. doi:10.1109/surv.2012.042512.00053Zhu, Y., Xu, B., Shi, X., & Wang, Y. (2013). A Survey of Social-Based Routing in Delay Tolerant Networks: Positive and Negative Social Effects. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 15(1), 387-401. doi:10.1109/surv.2012.032612.00004Shah, R. C., Roy, S., Jain, S., & Brunette, W. (2003). Data MULEs: modeling and analysis of a three-tier architecture for sparse sensor networks. Ad Hoc Networks, 1(2-3), 215-233. doi:10.1016/s1570-8705(03)00003-9Burns, B., Brock, O., & Levine, B. N. (2008). MORA routing and capacity building in disruption-tolerant networks. Ad Hoc Networks, 6(4), 600-620. doi:10.1016/j.adhoc.2007.05.002Shaghaghian, S., & Coates, M. (2015). Optimal Forwarding in Opportunistic Delay Tolerant Networks With Meeting Rate Estimations. IEEE Transactions on Signal and Information Processing over Networks, 1(2), 104-116. doi:10.1109/tsipn.2015.2452811Li, L., Qin, Y., & Zhong, X. (2016). A Novel Routing Scheme for Resource-Constraint Opportunistic Networks: A Cooperative Multiplayer Bargaining Game Approach. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 65(8), 6547-6561. doi:10.1109/tvt.2015.2476703Juang, P., Oki, H., Wang, Y., Martonosi, M., Peh, L. S., & Rubenstein, D. (2002). Energy-efficient computing for wildlife tracking. ACM SIGPLAN Notices, 37(10), 96-107. doi:10.1145/605432.605408Spyropoulos, T., Psounis, K., & Raghavendra, C. S. (2008). Efficient Routing in Intermittently Connected Mobile Networks: The Single-Copy Case. IEEE/ACM Transactions on Networking, 16(1), 63-76. doi:10.1109/tnet.2007.897962Zhang, L., Wang, X., Lu, J., Ren, M., Duan, Z., & Cai, Z. (2014). A novel contact prediction-based routing scheme for DTNs. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 28(1), e2889. doi:10.1002/ett.2889Okasha, S. (2005). Altruism, Group Selection and Correlated Interaction. The British Journal for the Philosophy of Science, 56(4), 703-725. doi:10.1093/bjps/axi143Hernandez-Orallo, E., Olmos, M. D. S., Cano, J.-C., Calafate, C. T., & Manzoni, P. (2015). CoCoWa: A Collaborative Contact-Based Watchdog for Detecting Selfish Nodes. IEEE Transactions on Mobile Computing, 14(6), 1162-1175. doi:10.1109/tmc.2014.234362

Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks

Tesis por compendioProducts related with Intelligent Transportation Systems (ITS) are becoming a reality on our roads. All car manufacturers are starting to include Internet access in their vehicles and to integrate smartphones directly from the dashboard, but more and more services will be introduced in the near future. Connectivity through "vehicular networks" will become a cornerstone of every new proposal, and offering an adequate quality of service is obviously desirable. However, a lot of work is needed for vehicular networks to offer performances similar to those of the wired networks. Vehicular networks can be characterized by two main features: high variability due to mobility levels that can reach up to 250 kilometers per hour, and heterogeneity, being that various competing versions from different vendors have and will be released. Therefore, to make the deployment of efficient services possible, an extensive study must be carried out and adequate tools must be proposed and developed. This PhD thesis addresses the service deployment problem in these networks at three different levels: (i) the physical and link layer, showing an exhaustive analysis of the physical channel and models; (ii) the network layer, proposing a forwarding protocol for IP packets; and (iii) the transport layer, where protocols are proposed to improve data delivery. First of all, the two main wireless technologies used in vehicular networks where studied and modeled, namely the 802.11 family of standards, particularly 802.11p, and the cellular networks focusing on LTE. Since 802.11p is a quite mature standard, we defined (i) a propagation and attenuation model capable of replicating the transmission range and the fading behavior of real 802.11p devices, both in line-of-sight conditions and when obstructed by small obstacles, and (ii) a visibility model able to deal with large obstacles, such as buildings and houses, in a realistic manner. Additionally, we proposed a model based on high-level performance indicators (bandwidth and delay) for LTE, which makes application validation and evaluation easier. At the network layer, a hybrid protocol called AVE is proposed for packet forwarding by switching among a set of standard routing strategies. Depending on the specific scenario, AVE selects one out of four different routing solutions: a) two-hop direct delivery, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO), c) greedy georouting, and d) store-carry-and-forward technique, to dynamically adapt its behavior to the specific situation. At the transport layer, we proposed a content delivery protocol for reliable and bidirectional unicast communication in lossy links that improves content delivery in situations where the wireless network is the bottleneck. It has been designed, validated, optimized, and its performance has been analyzed in terms of throughput and resource efficiency. Finally, at system level, we propose an edge-assisted computing model that allows reducing the response latency of several queries by placing a computing unit at the network edge. This way, traffic traversal through the Internet is avoided when not needed. This scheme could be used in both 802.11p and cellular networks, and in this thesis we decided to focus on its evaluation using LTE networks. The platform presented in this thesis combines all the individual efforts to create a single efficient platform. This new environment could be used by any provider to improve the quality of the user experience obtainable through the proposed vehicular network-based services.Los productos relacionados con los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) se están transformando en una realidad en nuestras carreteras. Todos los fabricantes de coches comienzan a incluir acceso a internet en sus vehículos y a facilitar su integración con los teléfonos móviles, pero más y más servicios se introducirán en el futuro. La conectividad usando las "redes vehiculares" se convertirá en la piedra angular de cada nueva propuesta, y ofrecer una calidad de servicio adecuada será, obviamente, deseable. Sin embargo, se necesita una gran cantidad de trabajo para que las redes vehiculares ofrezcan un rendimiento similar al de las redes cableadas. Las redes vehiculares quedan definidas por sus dos características básicas: alto dinamismo, pues los nodos pueden alcanzar una velocidad relativa de más de 250 km/h; y heterogeneidad, por la gran cantidad de propuestas diferentes que los fabricantes están lanzando al mercado. Por ello, para hacer posible el despliegue de servicios sobre ellas, se impone la necesidad de hacer un estudio en profundidad de este entorno, y deben de proponerse y desarrollarse las herramientas adecuadas. Esta tesis ataca la problemática del despliegue de servicios en estas redes a tres niveles diferentes: (i) el nivel físico y de enlace, mostrando varios análisis en profundidad del medio físico y modelos derivados para su simulación; (ii) el nivel de red, proponiendo un protocolo de difusión de la información para los paquetes IP; y (iii) el nivel de transporte, donde otros protocolos son propuestos para mejorar el rendimiento del transporte de datos. En primer lugar, se han estudiado y modelado las dos principales tecnologías inalámbricas que se utilizan para la comunicación en redes vehiculares, la rama de estándares 802.11, en concreto 802.11p; y la comunicación celular, en particular LTE. Dado que el estándar 802.11p es un estándar bastante maduro, nos centramos en crear (i) un modelo de propagación y atenuación capaz de replicar el rango de transmisión de dispositivos 802.11p reales, en condiciones de visión directa y obstrucción por pequeños obstáculos, y (ii) un modelo de visibilidad capaz de simular el efecto de grandes obstáculos, como son los edifcios, de una manera realista. Además, proponemos un modelo basado en indicadores de rendimiento de alto nivel (ancho de banda y retardo) para LTE, que facilita la validación y evaluación de aplicaciones. En el plano de red, se propone un protocolo híbrido, llamado AVE, para el encaminamiento y reenvío de paquetes usando un conjunto de estrategias estándar de enrutamiento. Dependiendo del escenario, AVE elige entre cuatro estrategias diferentes: a) entrega directa a dos saltos, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraz, y d) una técnica store-carry-and- forward, para adaptar su comportamiento dinámicamente a cada situación. En el plano de transporte, se propone un protocolo bidireccional de distribución de contenidos en canales con pérdidas que mejora la entrega de contenidos en situaciones en las que la red es un cuello de botella, como las redes inalámbricas. Ha sido diseñado, validado, optimizado, y su rendimiento ha sido analizado en términos de productividad y eficiencia en la utilización de recursos. Finalmente, a nivel de sistema, proponemos un modelo de computación asistida que permite reducir la latencia en la respuesta a muchas consultas colocando una unidad de computación en el borde de la red, i.e., la red de acceso. Este esquema podría ser usado en redes basadas en 802.11p y en redes celulares, si bien en esta tesis decidimos centrarnos en su evaluación usando redes LTE. La plataforma presentada en esta tesis combina todos los esfuerzos individuales para crear una plataforma única y eficiente. Este nuevo entorno puede ser usado por cualquier proveedor para mejorar la calidad de la experiencia de usuario en los servicios desplegados sobre redes vehiculares.Els productes relacionats amb els sistemes intel · ligents de transport (ITS) s'estan transformant en una realitat en les nostres carreteres. Tots els fabri- cants de cotxes comencen a incloure accés a internet en els vehicles i a facilitar- ne la integració amb els telèfons mòbils, però en el futur més i més serveis s'hi introduiran. La connectivitat usant les xarxes vehicular esdevindrà la pedra angular de cada nova proposta, i oferir una qualitat de servei adequada serà, òbviament, desitjable. No obstant això, es necessita una gran quantitat de treball perquè les xarxes vehiculars oferisquen un rendiment similar al de les xarxes cablejades. Les xarxes vehiculars queden definides per dues característiques bàsiques: alt dinamisme, ja que els nodes poden arribar a una velocitat relativa de més de 250 km/h; i heterogeneïtat, per la gran quantitat de propostes diferents que els fabricants estan llançant al mercat. Per això, per a fer possible el desplegament de serveis sobre aquestes xarxes, s'imposa la necessitat de fer un estudi en profunditat d'aquest entorn, i cal proposar i desenvolupar les eines adequades. Aquesta tesi ataca la problemàtica del desplegament de serveis en aquestes xarxes a tres nivells diferents: (i) el nivell físic i d'enllaç , mostrant diverses anàlisis en profunditat del medi físic i models derivats per simular-lo; (ii) el nivell de xarxa, proposant un protocol de difusió de la informació per als paquets IP; i (iii) el nivell de transport, on es proposen altres protocols per a millorar el rendiment del transport de dades. En primer lloc, s'han estudiat i modelat les dues principals tecnologies sense fils que s'utilitzen per a la comunicació en xarxes vehiculars, la branca d'estàndards 802.11, en concret 802.11p; i la comunicació cel · lular, en partic- ular LTE. Atès que l'estàndard 802.11p és un estàndard bastant madur, ens centrem a crear (i) un model de propagació i atenuació capaç de replicar el rang de transmissió de dispositius 802.11p reals, en condicions de visió directa i obstrucció per petits obstacles, i (ii) un model de visibilitat capaç de simular l'efecte de grans obstacles, com són els edificis, d'una manera realista. A més, proposem un model basat en indicadors de rendiment d'alt nivell (ample de banda i retard) per a LTE, que facilita la validació i l'avaluació d'aplicacions. En el pla de xarxa, es proposa un protocol híbrid, anomenat AVE, per a l'encaminament i el reenviament de paquets usant un conjunt d'estratègies estàndard d'encaminament. Depenent de l'escenari , AVE tria entre quatre estratègies diferents: a) lliurament directe a dos salts, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraç, i d) una tècnica store-carry-and- forward, per a adaptar-ne el comportament dinàmicament a cada situació. En el pla de transport, es proposa un protocol bidireccional de distribució de continguts en canals amb pèrdues que millora el lliurament de continguts en situacions en què la xarxa és un coll de botella, com les xarxes sense fils. Ha sigut dissenyat, validat, optimitzat, i el seu rendiment ha sigut analitzat en termes de productivitat i eficiència en la utilització de recursos. Finalment, a nivell de sistema, proposem un model de computació assistida que permet reduir la latència en la resposta a moltes consultes col · locant una unitat de computació a la vora de la xarxa, és a dir, la xarxa d'accés. Aquest esquema podria ser usat en xarxes basades en 802.11p i en xarxes cel · lulars, si bé en aquesta tesi decidim centrar-nos en la seua avaluació usant xarxes LTE. La plataforma presentada en aquesta tesi combina tots els esforços indi- viduals per a crear una plataforma única i eficient. Aquest nou entorn pot ser usat per qualsevol proveïdor per a millorar la qualitat de l'experiència d'usuari en els serveis desplegats sobre xarxes vehiculars.Báguena Albaladejo, M. (2017). Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85333TESISCompendi

A Survey on Subsurface Signal Propagation

Wireless Underground Communication (WUC) is an emerging field that is being developed continuously. It provides secure mechanism of deploying nodes underground which shields them from any outside temperament or harsh weather conditions. This paper works towards introducing WUC and give a detail overview of WUC. It discusses system architecture of WUC along with the anatomy of the underground sensor motes deployed in WUC systems. It also compares Over-the-Air and Underground and highlights the major differences between the both type of channels. Since, UG communication is an evolving field, this paper also presents the evolution of the field along with the components and example UG wireless communication systems. Finally, the current research challenges of the system are presented for further improvement of the WUCs