6 research outputs found

    Quality of service differentiation for multimedia delivery in wireless LANs

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    Delivering multimedia content to heterogeneous devices over a variable networking environment while maintaining high quality levels involves many technical challenges. The research reported in this thesis presents a solution for Quality of Service (QoS)-based service differentiation when delivering multimedia content over the wireless LANs. This thesis has three major contributions outlined below: 1. A Model-based Bandwidth Estimation algorithm (MBE), which estimates the available bandwidth based on novel TCP and UDP throughput models over IEEE 802.11 WLANs. MBE has been modelled, implemented, and tested through simulations and real life testing. In comparison with other bandwidth estimation techniques, MBE shows better performance in terms of error rate, overhead, and loss. 2. An intelligent Prioritized Adaptive Scheme (iPAS), which provides QoS service differentiation for multimedia delivery in wireless networks. iPAS assigns dynamic priorities to various streams and determines their bandwidth share by employing a probabilistic approach-which makes use of stereotypes. The total bandwidth to be allocated is estimated using MBE. The priority level of individual stream is variable and dependent on stream-related characteristics and delivery QoS parameters. iPAS can be deployed seamlessly over the original IEEE 802.11 protocols and can be included in the IEEE 802.21 framework in order to optimize the control signal communication. iPAS has been modelled, implemented, and evaluated via simulations. The results demonstrate that iPAS achieves better performance than the equal channel access mechanism over IEEE 802.11 DCF and a service differentiation scheme on top of IEEE 802.11e EDCA, in terms of fairness, throughput, delay, loss, and estimated PSNR. Additionally, both objective and subjective video quality assessment have been performed using a prototype system. 3. A QoS-based Downlink/Uplink Fairness Scheme, which uses the stereotypes-based structure to balance the QoS parameters (i.e. throughput, delay, and loss) between downlink and uplink VoIP traffic. The proposed scheme has been modelled and tested through simulations. The results show that, in comparison with other downlink/uplink fairness-oriented solutions, the proposed scheme performs better in terms of VoIP capacity and fairness level between downlink and uplink traffic

    An Optimization Theoretical Framework for Resource Allocation over Wireless Networks

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    With the advancement of wireless technologies, wireless networking has become ubiquitous owing to the great demand of pervasive mobile applications. Some fundamental challenges exist for the next generation wireless network design such as time varying nature of wireless channels, co-channel interferences, provisioning of heterogeneous type of services, etc. So how to overcome these difficulties and improve the system performance have become an important research topic. Dynamic resource allocation is a general strategy to control the interferences and enhance the performance of wireless networks. The basic idea behind dynamic resource allocation is to utilize the channel more efficiently by sharing the spectrum and reducing interference through optimizing parameters such as the transmitting power, symbol transmission rate, modulation scheme, coding scheme, bandwidth, etc. Moreover, the network performance can be further improved by introducing diversity, such as multiuser, time, frequency, and space diversity. In addition, cross layer approach for resource allocation can provide advantages such as low overhead, more efficiency, and direct end-to-end QoS provision. The designers for next generation wireless networks face the common problem of how to optimize the system objective under the user Quality of Service (QoS) constraint. There is a need of unified but general optimization framework for resource allocation to allow taking into account a diverse set of objective functions with various QoS requirements, while considering all kinds of diversity and cross layer approach. We propose an optimization theoretical framework for resource allocation and apply these ideas to different network situations such as: 1.Centralized resource allocation with fairness constraint 2.Distributed resource allocation using game theory 3.OFDMA resource allocation 4.Cross layer approach On the whole, we develop a universal view of the whole wireless networks from multiple dimensions: time, frequency, space, user, and layers. We develop some schemes to fully utilize the resources. The success of the proposed research will significantly improve the way how to design and analyze resource allocation over wireless networks. In addition, the cross-layer optimization nature of the problem provides an innovative insight into vertical integration of wireless networks

    Protecting Contextual Information in WSNs: Source- and Receiver-Location Privacy Solutions

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    La privacidad es un derecho fundamental recogido por numerosas leyes y tratados entre los que destaca la Declaración Universal de los Derechos Humanos de las Naciones Unidas. Sin embargo, este derecho fundamental se ha visto vulnerado en numerosas ocasiones a lo largo de la historia; y el desarrollo de la tecnología, en especial la mejora de los sistemas de recolección, analisis y diseminación de información, han tenido gran parte de culpa. En la actualidad nos encontramos en un punto en el que el desarrollo y despliegue de sistemas ubicuos, encabezados por las redes inalámbricas de sensores, puede llegar a suponer un riesgo de privacidad sin precedentes dada su capacidad para recolectar información en cantidades y situaciones hasta el momento insospechadas. Existe, por tanto, una urgente necesidad de desarrollar mecanismos capaces de velar por nuestra información más sensible. Es precisamente éste uno de los objetivos principales de la presente tesis doctoral: facilitar la integración de las redes inalámbricas de sensores en nuestro día a día sin que éstas supongan un grave riesgo de privacidad. Esta tesis se centra en un problema de privacidad particular que viene derivado de la naturaleza inalámbrica de las comunicaciones y de la necesidad imperiosa de ahorrar energía que existe en estas redes de recursos restringidos. Para las redes de sensores, las comunicaciones suponen un gran porcentaje del presupuesto energético y, por ello, los protocolos de encaminamiento empleados tienden a minimizarlas, utilizando protocolos de camino óptimo. Aprovechándose de esta situación, un observador podría, mediante técnicas de análisis de tráfico no demasiado sofisticadas, y sin necesidad de descifrar el contenido de los paquete, determinar el origen y el destino de las comunicaciones. Esto supone, al igual que en los sistemas de comunicación tradicionales, un grave riesgo para la privacidad. Dado que el problema de la privacidad de localización en redes de sensores se reduce a una cuestión de análisis de tráfico, parece razonable pensar que las soluciones desarrolladas a tal fin en redes de computadores pueden ser de utilida. Sin embargo, esta hipótesis ha sido rechazada en varias ocasiones con argumentos vagos al respecto de las limitaciones computacionales y energéticas de las redes de sensores. Nosotros consideramos que esto no es motivo suficiente para descartar estas soluciones ya que, a pesar de la tendencia actual, en el futuro podríamos tener nodos sensores de gran capacidad. Por ello, uno de los objetivos de esta tesis ha sido realizar un análisis exhaustivo sobre la aplicabilidad de estas soluciones al ámbito de las redes de sensores, centrándonos no sólo en los requisitos computacionales sino también en las propiedades de anonimato que se persiguen, en los modelos de atacante y en las posibles limitaciones que podrían derivarse de su aplicación. Por otra parte, se ha realizado un amplio análisis de las soluciones de privacidad de localización existentes para redes de sensores. Este análisis no se ha centrado únicamente en estudiar las técnicas de protección de empleadas sino que además se ha esforzado en destacar las ventajas e inconvenientes de las distintas soluciones. Esto ha permitido desarrollar una completa taxonomía en varios niveles basada en los recursos que se desean proteger, los modelos de adversario a los que hacer frente y las principales características o técnicas empleadas por las diferentes soluciones. Además, a partir de esto se han detectado una serie de problemas abiertos y puntos de mejora del estado del arte actual, que se han plasmado en dos nuevas soluciones; una de las soluciones se ha centrado en la protección de la localización del origen de datos, mientras que la otra se ha enfocado a la protección de la estación base. Ambas soluciones tienen en cuenta atacantes con un rango de escucha parcial y capaces de desplazarse en el terreno para observar las comunicaciones en diferentes zonas de la red. La primera de las soluciones desarrolladas parte de la observación de que los mecanismos actuales se basan principalmente en el envío de paquetes siguiendo caminos aleatorios sin ningún conocimiento acerca de si estos caminos son realmente efectivos para hacer frente a un atacante local. La idea detrás de CALP es aprovechar la capacidad que tienen las redes de sensores para sentir lo que pasa en su entorno para desarrollar mecanismos de protección más inteligentes utilizando información acerca del atacante. De esta forma, se consigue reducir drásticamente el consumo energético de la solución y al mismo tiempo se reduce el retraso de las comunicaciones, ya que el mecanismo sólo se activa ante la presencia de un atacante. Aunque esta idea se ha aplicado únicamente a la protección de los nodos origen de datos, sus características indican que también sería posible aplicarla con éxito a la protección de la estación base. La segunda solución surge tras observar que las soluciones para proteger la estación base son demasiado costosas a nivel energético o, en su defecto, revelan información sobre su localización. Además, hasta la fecha ninguna solución había tenido en cuenta que si un atacante obtiene las tablas de rutas de un nodo obtiene información sobre la estación base. Nuestra solución, HISP-NC, se basa en dos mecanismos complementarios que, por un lado, hacen frente a ataques de análisis de tráfico y, por otro lado, protegen frente al nuevo modelo de atacante desarrollado. El primer mecanismo se basa en la homogeneización del tráfico en el entorno del camino y el segundo en la perturbación de la tabla de rutas, de manera que se dificulta el ataque al tiempo que se asegura la llegada de datos a la estación base
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