THE INFLUENCE OF THE PACKET SIZE ON END TO END DELAY OF VIDEO DATA CODED WITH RAPTORQ CODES AND NETWORK CODES IN VEHICULAR ADHOC NETWORKS

The transmission of video files in Vehicular Adhoc Networks (VANETs) has become very prevalent as commuters prefer video data during travel. The delay with which the data is received becomes very significant as video packets received after their scheduled deadlines become useless. The performance of the network may significantly be reduced on such packet drops especially with mobile networks. This work aims at the reduction of end to end delay of video packets by applying the two techniques- Network Coding (NC) and RaptorQ (RQ) codes. The techniques are implemented in four VANET scenarios and an extensive analysis is done by varying the packet sizes during the transmission of three files of various sizes. The End to End Delay (EED) and Packet Delivery Ratio (PDR) are measured and plotted for all scenarios. The results show the influence of packet size on these parameters considered and the suitability of the techniques applied. The observations also show that RQ proves better for smaller files and NC suits better when the file size increases

A STUDY OF ERASURE CORRECTING CODES

This work focus on erasure codes, particularly those that of high performance, and the related decoding algorithms, especially with low computational complexity. The work is composed of different pieces, but the main components are developed within the following two main themes. Ideas of message passing are applied to solve the erasures after the transmission. Efficient matrix-representation of the belief propagation (BP) decoding algorithm on the BEG is introduced as the recovery algorithm. Gallager's bit-flipping algorithm are further developed into the guess and multi-guess algorithms especially for the application to recover the unsolved erasures after the recovery algorithm. A novel maximum-likelihood decoding algorithm, the In-place algorithm, is proposed with a reduced computational complexity. A further study on the marginal number of correctable erasures by the In-place algoritinn determines a lower bound of the average number of correctable erasures. Following the spirit in search of the most likable codeword based on the received vector, we propose a new branch-evaluation- search-on-the-code-tree (BESOT) algorithm, which is powerful enough to approach the ML performance for all linear block codes. To maximise the recovery capability of the In-place algorithm in network transmissions, we propose the product packetisation structure to reconcile the computational complexity of the In-place algorithm. Combined with the proposed product packetisation structure, the computational complexity is less than the quadratic complexity bound. We then extend this to application of the Rayleigh fading channel to solve the errors and erasures. By concatenating an outer code, such as BCH codes, the product-packetised RS codes have the performance of the hard-decision In-place algorithm significantly better than that of the soft-decision iterative algorithms on optimally designed LDPC codes

Scalable Video Streaming with Prioritised Network Coding on End-System Overlays

PhDDistribution over the internet is destined to become a standard approach for live broadcasting of TV or events of nation-wide interest. The demand for high-quality live video with personal requirements is destined to grow exponentially over the next few years. Endsystem multicast is a desirable option for relieving the content server from bandwidth bottlenecks and computational load by allowing decentralised allocation of resources to the users and distributed service management. Network coding provides innovative solutions for a multitude of issues related to multi-user content distribution, such as the coupon-collection problem, allocation and scheduling procedure. This thesis tackles the problem of streaming scalable video on end-system multicast overlays with prioritised push-based streaming. We analyse the characteristic arising from a random coding process as a linear channel operator, and present a novel error detection and correction system for error-resilient decoding, providing one of the first practical frameworks for Joint Source-Channel-Network coding. Our system outperforms both network error correction and traditional FEC coding when performed separately. We then present a content distribution system based on endsystem multicast. Our data exchange protocol makes use of network coding as a way to collaboratively deliver data to several peers. Prioritised streaming is performed by means of hierarchical network coding and a dynamic chunk selection for optimised rate allocation based on goodput statistics at application layer. We prove, by simulated experiments, the efficient allocation of resources for adaptive video delivery. Finally we describe the implementation of our coding system. We highlighting the use rateless coding properties, discuss the application in collaborative and distributed coding systems, and provide an optimised implementation of the decoding algorithm with advanced CPU instructions. We analyse computational load and packet loss protection via lab tests and simulations, complementing the overall analysis of the video streaming system in all its components

Collaborative Communication And Storage In Energy-Synchronized Sensor Networks

In a battery-less sensor network, all the operation of sensor nodes are strictly constrained by and synchronized with the fluctuations of harvested energy, causing nodes to be disruptive from network and hence unstable network connectivity. Such wireless sensor network is named as energy-synchronized sensor networks. The unpredictable network disruptions and challenging communication environments make the traditional communication protocols inefficient and require a new paradigm-shift in design. In this thesis, I propose a set of algorithms on collaborative data communication and storage for energy-synchronized sensor networks. The solutions are based on erasure codes and probabilistic network codings. The proposed set of algorithms significantly improve the data communication throughput and persistency, and they are inherently amenable to probabilistic nature of transmission in wireless networks. The technical contributions explore collaborative communication with both no coding and network coding methods. First, I propose a collaborative data delivery protocol to exploit the optimal performance of multiple energy-synchronized paths without network coding, i.e. a new max-flow min-variance algorithm. In consort with this data delivery protocol, a localized TDMA MAC protocol is designed to synchronize nodes\u27 duty-cycles and mitigate media access contentions. However, the energy supply can change dynamically over time, making determined duty cycles synchronization difficult in practice. A probabilistic approach is investigated. Therefore, I present Opportunistic Network Erasure Coding protocol (ONEC), to collaboratively collect data. ONEC derives the probability distribution of coding degree in each node and enable opportunistic in-network recoding, and guarantee the recovery of original sensor data can be achieved with high probability upon receiving any sufficient amount of encoded packets. Next, OnCode, an opportunistic in-network data coding and delivery protocol is proposed to further improve data communication under the constraints of energy synchronization. It is resilient to packet loss and network disruptions, and does not require explicit end-to-end feedback message. Moreover, I present a network Erasure Coding with randomized Power Control (ECPC) mechanism for collaborative data storage in disruptive sensor networks. ECPC only requires each node to perform a single broadcast at each of its several randomly selected power levels. Thus it incurs very low communication overhead. Finally, I propose an integrated algorithm and middleware (Ravine Stream) to improve data delivery throughput as well as data persistency in energy-synchronized sensor network

Proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC 1990)

Presented here are the proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC), held June 17-20, 1990 in Ottawa, Canada. Topics covered include future mobile satellite communications concepts, aeronautical applications, modulation and coding, propagation and experimental systems, mobile terminal equipment, network architecture and control, regulatory and policy considerations, vehicle antennas, and speech compression

Computer-network Solutions for Pervasive Computing

Lo scenario delle reti di comunicazione di tipo wireless sta rapidamente evolvendo verso i sistemi pervasivi in cui i dispositivi wireless, di diversi tipi e grandezze, costituiscono parte integrante dell’ambiente in cui sono immersi, ed interagiscono continuamente ed in maniera trasparente con gli utenti che vi vivono o che lo attraversano. Si parla a tal proposito anche di ambienti intelligenti. Seguendo l’evoluzione dai sistemi mobili a quelli pervasivi, questa tesi rivisita diversi tipi di ambienti wireless che si sono sviluppati e diffusi negli ultimi 20 anni: a partire dalle wireless LANs, proseguendo con le reti ad hoc, per finire con le reti opportunistiche. Sebbene molte problematiche delle reti wireless si ripropongano in quasi tutti gli scenari (ad esempio il risparmio energetico), a scenari wireless diversi corrispondono in genere utilizzi differenti e diversi fabbisogni degli utenti, come pure problemi specifici che richiedono soluzioni dedicate. Alcune soluzioni specifiche sono analizzate e proposte in questa tesi. Le reti WLANs basate su infrastruttura sono usate generalmente per fornire accesso alla rete Internet ed infatti lo scenario che le comprende è solitamente riferito come Wireless Internet. Nonostante la presenza dell’infrastruttuta fissa garantisca in generale una trasmissione di dati affidabile, l’utilizzo di questo tipo di reti per fornire esattamente gli stessi tipi di servizi delle reti fisse provoca un elevato consumo di risorse che all’interno delle WLANs sono invece limitate. Inoltre l’utilizzo dei protocolli dello stack TCP/IP sui link wireless è di solito fonte di inefficienze viste le profonde differenze esistenti fra i link wireless e quelli fissi. La progettazione di servizi in uno scenario di wireless Internet ha come primario obiettivo quello di garantire la fruizione da parte degli utenti mobili senza soluzione di continuità, mascherando così la presenza del link wireless che ha banda nominale inferiore rispetto ai link fissi ed è soggetto a maggiori perdite, e supportando la mobilità degli utenti all’interno delle zone di copertura (handoff). La gestione dei servizi di wireless Internet deve sempre essere integrata con soluzioni di risparmio energetico tese ad allungare il più possibile l’autonomia energetica dei dispositivi degli utenti (alimentati a batteria) garantendo così loro un servizio duraturo nel tempo. Abbiamo studiato una soluzione per servizi di streaming audio-video verso terminali mobili in un ambiente di wireless LAN. Oltre a garantire la continuità della riproduzione multimediale con buona qualità, questa soluzione ottimizza il consumo energetico del terminale wireless agendo sulla scheda di rete wireless. Durante lo streaming infatti, la scheda di rete viene periodicamente messa in uno stato a basso consumo energetico (sleep). I periodi di sleep della scheda vengono calcolati adattivamente in funzione dello stato di avanzamento della riproduzione multimediale e della banda disponibile istantaneamente sul canale wireless opportunamente monitorato. Il riposo della scheda di rete non incide sul processo di riproduzione e quindi sulla qualità del servizio percepita dall’utente mobile. A differenza delle WLANs, le reti MANETs sono prive di infrastruttura fissa ed i nodi che vi partecipano si autoconfigurano ed autoorganizzano tra di loro. Le MANETs si mostrano particolarmente adatte ad esigenze temporanee di gruppi di utenti che vogliano condividere dati, scambiarsi messaggi, o altro. Uno dei principali interessi di ricerca nell’ambito delle reti MANETs ha riguardato storicamente lo studio dei protocolli di routing per l’instradamento delle informazioni fra nodi sorgente e nodi destinatari. In una rete MANET infatti, vista l’assenza di infrastruttura, ogni nodo è coinvolto nella funzione di instradamento. Negli ultimi anni tuttavia, un nuovo aspetto di ricerca sta acquistando sempre maggiore attenzione e riguarda la sperimentazione su testbed reali. Le poche esperienze sperimentali eseguite su MANETs hanno dimostrato l’inadeguatezza degli studi di tipo analitico-simulativo nel giudicare l’efficacia delle soluzioni progettate per reti MANETs. Questo è principalmente dovuto al fatto che gli scenari wireless sono estremamente complessi e soggetti a fenomeni di diversa natura che influiscono sulle comunicazioni ma che sono difficilmente condensabili in un modello analitico completo. I modelli esistenti nei simulatori attualmente diffusi sono spesso causa di errori nel validare o al contrario bocciare le soluzioni ed i protocolli testati. Le attività di sperimentazione su testbed reali hanno dunque un duplice scopo: i) validare protocolli e soluzioni proposte attualmente, e ii) gettare le basi per la costruizione di nuovi modelli analitici e simulativi che siano maggiormente attendibili di quelli attuali. L’esperienza condotta su di un testbed reale per reti ad hoc comprendente portatili e palmari fino ad un totale di 12 nodi, ha dimostrato l’efficacia delle implementazioni di due protocolli di routing: AODV (Ad hoc On demand Distance Vector) ed OLSR (Optimized Link State Routing). Tuttavia, benchè entrambi siano funzionalmente corretti, mostrano comportamenti differenti quando usati per supportare servizi di livello middleware ed applicativi (vedi ad esempio file sharing o trasferimenti ftp). In particolare, i ritardi causati dalla scoperta delle rotte in AODV sono spesso causa di inefficienze o addirittura di interruzione del servizio. OLSR invece, seppure responsabile di un overhead di traffico maggiore, si mostra maggiormente adatto alle interazioni con i servizi dei livelli superiori. Infine, l’esperienza ha dimostrato la necessità di ripensare molti dei servizi disponibili su rete fissa per adeguarli alle caratteristiche delle reti wireless e particolarmente di quelle ad hoc. Una nuova tipologia di reti wireless sta emergendo attualmente e si sta rivelando di particolare interesse: quella delle reti opportunistiche. Le reti opportunistiche non si appoggiano su alcuna infrastruttura fissa, né cercano di autoconfigurarsi in una infrastruttura wireless temporanea costituita da nodi vicini. Sfruttano le opportunità di contatto che si verificano fra i nodi (dispositivi wireless di piccola taglia) trasportati dagli utenti nelle loro attività quotidiane (ad esempio a lavoro, sugli autobus, a scuola o all’università, ecc.). I messaggi sono scambiati ogni qualvolta si renda possibile, ovunque sia possibile ed il successo della loro trasmissione è strettamente legato alle dinamiche sociali in cui sono coinvolti gli utenti che trasportano i dispositivi ed alla storia degli incontri tra individui. Data la mobilità estremamente elevata che caratterizza questo nuovo scenario di reti, e la nota rumorosità delle comunicazioni wireless, l’affidabilità delle trasmissioni emerge come uno dei fattori di principale interesse. Infatti, le comunicazioni possono aver luogo soltanto durante i periodi di contatto tra i nodi e devono essere estremamente veloci ed efficaci. Questo porta a dover fare uno sforzo di progettazione per nuovi protocolli di comunicazione che si diversifichino da quelli oggi più diffusi e basati sulla ritrasmissione dei dati mancanti. Le ritrasmissioni infatti, nella maggior parte dei casi potrebbero non poter essere eseguite per mancanza di tempo. Una strategia valida per gestire l’affidabilità delle comunicazioni opportunistiche in simili scenari estremi (caratterizzati cioè da scarse risorse e scarsa connettività) prevede l’utilizzo combinato di tecniche di codifica dei dati e strategie di instradamento di tipo epidemico. Questo approccio sfrutta la ridondanza sia delle informazioni, sia dei percorsi. La ridondanza delle informazioni dà robustezza a fronte della perdita dei dati in rete poiché è necessario che soltanto un sottoinsieme dei codici generati arrivi a destinazione per consentire al ricostruzione corretta delle informazioni. La ridondanza dei percorsi invece è necessaria poichè non è possibile predirre in anticipo la sequenza dei contatti che può portare i dati a destinazione e pertanto è necessario distribuire l’informazione in più direzioni. Le reti opportunistiche caratterizzate dalla presenza di dispositivi con limitata autonomia energetica e risorse limitate, offrono attualmente lo scenario che meglio traduce il concetto di sistemi pervasivi. Di particolare interesse è il caso delle reti di sensori sparse in cui i sensori sono disposti nell’ambiente con funzione di monitoraggio ed i dati che collezionano vengono raccolti da degli agenti mobili che passano nelle vicinanze e che sono noti come data MULEs. I data MULEs possono utilizzare le informazioni acquisite dai sensori per eseguire applicazioni dipendenti dal contesto o possono semplicemente inoltrarle fino a quando raggiungono l’infrastruttura dove vengono elaborati e memorizzati. Le interazioni fra i sensori immersi nell’ambiente ed i data MULEs sono soltanto un primo passo di un sistema di comunicazione globale completamente opportunistico in cui i data MULEs scambiano l’un l’altro le informazioni che trasportano fino a quando infine, i dati pervengono alle destinazioni più lontane. In questo scenario, le comunicazioni wireless completano naturalmente le interazioni fra gli utenti e si verificano ogni qualvolta gli utenti si incontrano oppure si avvicinano casualmente l’un l’altro, dovunque questa interazione avvenga. Per supportare un simile framework, è necessario sviluppare nuovi paradigmi di comunicazione che tengano in considerazione l’assenza di link stabili tra i nodi che comunicano (connettività intermittente) e che assumano quindi la disponibilità di brevi periodi di contatto per comunicare. Inoltre i nuovi paradigmi di comunicazione devono generalmente assumere l’assenza di un percorso completo fra i nodi sorgente e destinatario e sfruttare invece forme di instradamento delle informazioni che sono simili al modo in cui avvengono le interazioni sociali fra le persone. Strategie di instradamento basate su codifica dei dati offrono una valida soluzione per supportare il framework emergente dei sistemi pervasivi

Radio Communications

In the last decades the restless evolution of information and communication technologies (ICT) brought to a deep transformation of our habits. The growth of the Internet and the advances in hardware and software implementations modified our way to communicate and to share information. In this book, an overview of the major issues faced today by researchers in the field of radio communications is given through 35 high quality chapters written by specialists working in universities and research centers all over the world. Various aspects will be deeply discussed: channel modeling, beamforming, multiple antennas, cooperative networks, opportunistic scheduling, advanced admission control, handover management, systems performance assessment, routing issues in mobility conditions, localization, web security. Advanced techniques for the radio resource management will be discussed both in single and multiple radio technologies; either in infrastructure, mesh or ad hoc networks

Middle Atmosphere Program. Handbook for MAP, volume 28

Extended abstracts from the fourth workshop on the technical and scientific aspects of MST (mesosphere stratosphere troposphere) radar are presented. Individual sessions addressed the following topics: meteorological applications of MST and ST radars, networks, and campaigns; dynamics of the equatorial middle atmosphere; interpretation of radar returns from clear air; techniques for studying gravity waves and turbulence; intercomparison and calibration of wind and wave measurements at various frequencies; progress in existing and planned MST and ST radars; hardware design for MST and ST radars and boundary layer/lower troposphere profilers; signal processing; and data management