Naming and Address Resolution in Heterogeneous Mobile Ad hoc Networks

This doctoral thesis deals with naming and address resolution in heterogeneous networks to be used in disaster scenarios. Such events could damage the communication infrastructure in parts or completely. To reestablish communication, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) could be used where central entities have to be eliminated broadly. The main focus of the thesis lies on two things: an addressing scheme that helps to find nodes, even if they frequently change the subnet and the local addressing, by introducing an identifying name layer; and a MANET-adapted substitution of the Domain Name System (DNS) in order to resolve node identities to changing local addresses. We present our solution to provide decentralized name resolution based on different underlying routing protocols embedded into an adaptive routing framework. Furthermore, we show how this system works in cascaded networks and how to extend the basic approach to realize location-aware service discovery.Auch im Buchhandel erhältlich: Naming and Address Resolution in Heterogeneous Mobile Ad hoc Networks / Sebastian Schellenberg Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2016. - xvi, 177 Seiten ISBN 978-3-86360-129-4 Preis (Druckausgabe): 17,60

Zuverlässige Gruppenkommunikation in mobilen Ad-hoc-Netzen auf Basis eines verzögerungstoleranten Kommunikationsdienstes

Ein zuverlässiges Netz für die Kommunikation ist die Basis für eine erfolgreiche Organisation und Koordination von Rettungskräften in Katastrophenfällen. Die heutige Kommunikationstechnik der Rettungskräfte basiert auf dem digitalen Funksystem Terrestrial Trunked Radio (TETRA). TETRA bietet keine ausreichende Datenrate für Multimediadaten und ist bei zerstörter Infrastruktur nur eingeschränkt nutzbar. Deshalb ist es notwendig die Kommunikation in Katastrophenfällen auf anderen Netztypen aufzubauen und Protokolle weiterzuentwickeln. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der zuverlässigen Gruppenkommunikation in Katastrophenfällen. Durch die oft fehlende Infrastruktur in solchen Szenarien, werden Mobile Ad-hoc Networks (MANETs) verwendet, um eine Kommunikation kurzfristig wieder herzustellen. MANETs bilden sich selbständig und sind in ihrer Reichweite eingeschränkt. Das kann dazu führen, dass mehrere zu einer Kommunikationsgruppe gehörende Kommunikationspartner nicht direkt miteinander verbunden sind. Um trotzdem eine Kommunikation zu ermöglichen, wurde unter Nutzung eines verzögerungstoleranten Kommunikationsdienstes (Delay Tolerant Networking (DTN)) ein Gruppenkommunikationsprotokoll entwickelt. Dieses Protokoll (Reliable Multicast over Delay Tolerant Mobile Ad Hoc Networks (RMDA)) übermittelt Gruppennachrichten mit einer hohen wählbaren Zuverlässigkeit an die gewünschten Gruppenmitglieder unter Optimierung des Speicherplatzbedarfs der DTN-Knoten.A reliable network for communication is the basis for a successful organization and coordination of rescue services in case of disasters. Today’s communication technology of the emergency services is based on the digital radio system Terrestrial Trunked Radio (TETRA). TETRA provides no sufficient data rates for multimedia data. In case of destroyed infrastructure it is available only to a limited extent. Therefore in case of disasters, it is necessary to provide communication services based on other network types and further development of protocols. This thesis is concerned with reliable group communication in disaster scenarios. By the frequent lack of infrastructure in such scenarios, Mobile Ad-hoc Networks (MANETs) are used to restore quickly. MANETs build themselves autonomously and are locally limited. As a result, group members belonging to one multicast group could be not directly connected. Therefore, to enable a communication, a group communication protocol was developed using a delay-tolerant communication service (Delay Tolerant Networking (DTN)). This protocol (Reliable Multicast over Delay Tolerant Mobile Ad Hoc Networks (RMDA)) sends group messages with selectable high degree of reliability to the desired group members, while optimizing the buffer required on the DTN nodes

H3N - Analysewerkzeuge für hybride Wegewahl in heterogenen, unterbrechungstoleranten Ad-Hoc-Netzen für Rettungskräfte

Rettungskräfte müssen unter widrigen Bedingungen zuverlässig kommunizieren können, um in Rettungseinsätzen effizient arbeiten zu können und somit Leben zu retten. Idealerweise ist dazu ein selbstorganisiertes Ad-Hoc-Netz notwendig, weil die Kommunikationsinfrastruktur ggf. beschädigt oder überlastet sein kann. Um die geforderte Robustheit der Kommunikation auch in Szenarien mit größeren zu überbrückenden Entfernungen zu gewährleisten, werden zusätzlich Mechanismen benötigt, die eine Unterbrechungstoleranz ermöglichen. Verzögerungstolerante Netze (engl. Delay Tolerant Networks, kurz: DTN) stellen solche Mechanismen bereit, erfordern aber zusätzliche Verzögerungen, die für Rettungskommunikation nachteilig sind. Deshalb werden intelligente hybride Wegewahlverfahren benötigt, um die Verzögerung durch DTN-Mechanismen zu begrenzen. Außerdem sollten entsprechende Verfahren heterogene Netze unterstützen. Das ermöglicht zusätzlich eine effizientere Weiterleitung durch die Nutzung von Geräten mit unterschiedlichen Kommunikationstechnologien und damit auch Reichweiten. Um solche Systeme und die dafür benötigten Kommunikationsprotokolle zu entwickeln, werden verschiedene Analysewerkzeuge genutzt. Dazu gehören analytische Modelle, Simulationen und Experimente auf der Zielsystemhardware. Für jede Kategorie gibt es verschiedene Werkzeuge und Frameworks, die sich auf unterschiedliche Aspekte fokussieren. Dadurch unterstützen diese herkömmlichen Analysemethoden jedoch meistens nur einen der oben genannten Punkte, während die Untersuchung von hybriden und/oder heterogenen Ansätzen und Szenarien nicht ohne weiteres möglich ist. Im Falle von Rettungskräften kommt hinzu, dass die charakteristischen Merkmale hinsichtlich der Bewegung der Knoten und des erzeugten Datenverkehrs während eines Einsatzes ebenfalls nicht modelliert werden können. In dieser Arbeit werden deshalb verschiedene Erweiterungen zu existierenden Analysewerkzeugen sowie neue Werkzeuge zur Analyse und Modelle zur Nachbildung realistischer Rettungsmissionen untersucht und entwickelt. Ziel ist es, die Vorteile existierender Werkzeuge miteinander zu kombinieren, um ganzheitliche, realitätsnahe Untersuchungen von hybriden Protokollen für heterogene Netze zu ermöglichen. Die Kombination erfolgt in Form von gezielten Erweiterungen und der Entwicklung ergänzender komplementärer Werkzeuge unter Verwendung existierender Schnittstellen. Erste Ergebnisse unter Verwendung der entwickelten Werkzeuge zeigen Verbesserungspotentiale bei der Verwendung traditioneller Protokolle und erlauben die Bewertung zusätzlicher Maßnahmen, um die Kommunikation zu verbessern. Szenarien zur Kommunikation von Rettungskräften werden dabei als ein Beispiel verwendet, die Tools sind jedoch nicht auf die Analyse dieses Anwendungsfalls beschränkt. Über die reine Analyse verschiedener existierender Ansätze hinaus bildet die entwickelte Evaluationsumgebung eine Grundlage für die Entwicklung und Verifikation von neuartigen hybriden Protokollen für die entsprechenden Systeme.Communication between participating first responders is essential for efficient coordination of rescue missions and thus allowing to save human lives. Ideally, ad hoc-style communication networks are applied to this as the first responders cannot rely on infrastructure-based communication for two reasons. First, the infrastructure could be damaged by the disastrous event or not be available for economic reasons. Second, even if public infrastructure is available and functional, it might be overloaded by users. To guarantee the robustness and reliability requirements of first responders, the Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) have to be combined with an approach to mitigate intermittent connectivity due to otherwise limited connectivity. Delay Tolerant Networks (DTNs) provide such a functionality but introduce additional delay which is problematic. Therefore, intelligent hybrid routing approaches are required to limit the delay introduced by DTN mechanisms. Besides that, the approach should be applicable to heterogeneous networks in terms of communication technologies and device capabilities. This is required for cross multi-agency and volunteer communication but also enables the opportunistic exploitation of any given communication option. To evaluate such systems and develop the corresponding communication protocols, various tools for the analysis are available. This includes analytical models, simulations and real-world experiments on target hardware. In each category a wide set of tools is available already. However, each tool is focused on specific aspects usually and thus does not provide methods to analyze hybrid approaches out of the box. Even if the tools are modular and allow an extension, there are often other tools that are better suited for partial aspects of hybrid systems. In addition to this, few tools exist to model the characteristics of first responder networks. Especially the generalized movement during missions and the generated data traffic are difficult to model and integrate into analyses. The focus of this project is therefore to develop selected extensions to existing analysis and simulation tools as well as additional tools and models to realistically capture the characteristics of first responder networks. The goal is to combine the advantages of existing specialized simulation tools to enable thorough evaluations of hybrid protocols for heterogeneous networks based on realistic assumptions. To achieve this, the tools are extended by specifically designing tools that enable the interaction between tools and new tools that complement the existing analysis capabilities. First results obtained via the resulting toolbox clearly indicate further research directions as well as a potential for protocol enhancements. Besides that, the toolbox was used to evaluate various methods to enhance the connectivity between nodes in first responder networks. First responder scenarios are used as an example here. The toolbox itself is however not limited to this use case. In addition to the analysis of existing approaches for hybrid and heterogeneous networks, the developed toolbox provides a base framework for the development and verification of newly developed protocols for such use cases