Opportunistic Networks: Present Scenario- A Mirror Review

Opportunistic Network is form of Delay Tolerant Network (DTN) and regarded as extension to Mobile Ad Hoc Network. OPPNETS are designed to operate especially in those environments which are surrounded by various issues like- High Error Rate, Intermittent Connectivity, High Delay and no defined route between source to destination node. OPPNETS works on the principle of “Store-and-Forward” mechanism as intermediate nodes perform the task of routing from node to node. The intermediate nodes store the messages in their memory until the suitable node is not located in communication range to transfer the message to the destination. OPPNETs suffer from various issues like High Delay, Energy Efficiency of Nodes, Security, High Error Rate and High Latency. The aim of this research paper is to overview various routing protocols available till date for OPPNETs and classify the protocols in terms of their performance. The paper also gives quick review of various Mobility Models and Simulation tools available for OPPNETs simulation

Nanosatellite-5G Integration in the Millimeter Wave Domain: A Full Top-Down Approach

This paper presents a novel network architecture for an integrated nanosatellite (nSAT)-5G system operating in the millimeter-wave (mmWave) domain. The architecture is realized adopting a delay/disruption tolerant networking (DTN) approach allowing end users to adopt standard devices. A buffer aware contact graph routing algorithm is designed to account for the buffer occupancy of the nSATs and for the connection planning derived from their visibility periods. At the terrestrial uplink, a coded random access is employed to realize a high-capacity interface for the typically irregular traffic of 5G users, while, at the space uplink, the DTN architecture is combined with the contention resolution diversity slotted Aloha protocol to match the recent update of the DVB-RCS2 standard. To achieve a reliable testing of the introduced functionalities, an accurate analysis of the statistic of the signal to interference-plus-noise ratio and of the capture probability at each mmWave link is developed by including interference, shadowing, fading, and noise. The application of the designed architecture to data transfer services in conjunction with possible delay reduction strategies, and an extension to inter-satellite communication, are finally presented by estimating the resulting loss/delay performance through a discrete-time discrete-event platform based on the integration of Matlab with Network Simulator 3

Hybrid Satellite-Terrestrial Communication Networks for the Maritime Internet of Things: Key Technologies, Opportunities, and Challenges

With the rapid development of marine activities, there has been an increasing number of maritime mobile terminals, as well as a growing demand for high-speed and ultra-reliable maritime communications to keep them connected. Traditionally, the maritime Internet of Things (IoT) is enabled by maritime satellites. However, satellites are seriously restricted by their high latency and relatively low data rate. As an alternative, shore & island-based base stations (BSs) can be built to extend the coverage of terrestrial networks using fourth-generation (4G), fifth-generation (5G), and beyond 5G services. Unmanned aerial vehicles can also be exploited to serve as aerial maritime BSs. Despite of all these approaches, there are still open issues for an efficient maritime communication network (MCN). For example, due to the complicated electromagnetic propagation environment, the limited geometrically available BS sites, and rigorous service demands from mission-critical applications, conventional communication and networking theories and methods should be tailored for maritime scenarios. Towards this end, we provide a survey on the demand for maritime communications, the state-of-the-art MCNs, and key technologies for enhancing transmission efficiency, extending network coverage, and provisioning maritime-specific services. Future challenges in developing an environment-aware, service-driven, and integrated satellite-air-ground MCN to be smart enough to utilize external auxiliary information, e.g., sea state and atmosphere conditions, are also discussed

End-to-End Resilience Mechanisms for Network Transport Protocols

The universal reliance on and hence the need for resilience in network communications has been well established. Current transport protocols are designed to provide fixed mechanisms for error remediation (if any), using techniques such as ARQ, and offer little or no adaptability to underlying network conditions, or to different sets of application requirements. The ubiquitous TCP transport protocol makes too many assumptions about underlying layers to provide resilient end-to-end service in all network scenarios, especially those which include significant heterogeneity. Additionally the properties of reliability, performability, availability, dependability, and survivability are not explicitly addressed in the design, so there is no support for resilience. This dissertation presents considerations which must be taken in designing new resilience mechanisms for future transport protocols to meet service requirements in the face of various attacks and challenges. The primary mechanisms addressed include diverse end-to-end paths, and multi-mode operation for changing network conditions

Antenna and Random Access Solutions for nano-satellite and 5G networks operating in the millimiter-wave domain

L\u2019obiettivo di questa tesi \ue8 la discussione di soluzioni per reti satellitari basate su nano-satelliti e reti 5G, operanti in onde millimetriche. I contributi originali di questo lavoro interessano due settori che ricoprono un ruolo chiave nel contesto delle comunicazioni digitali ad alta velocit\ue0 e alta capacit\ue0: i meccanismi di condivisione del mezzo trasmissivo basati sull\u2019accesso casuale e le antenne a schiera riconfigurabili e compatte. I risultati ottenuti in questi due ambiti sono poi applicati in un\u2019architettura di rete che integra sistemi 5G terrestri e una costellazione di nanosatelliti in orbita bassa. Le comunicazioni satellitari sono sempre pi\uf9 parte integrante della vita quotidiana. Negli ultimi anni, si \ue8 registrata una crescita notevole dei piccoli satelliti (da 1 a 100 kg), sia in termini di tecnologia, che di frequenza di utilizzo. Non solo vengono lanciati in gran numero, ma si \ue8 iniziato ad utilizzarli in costellazioni da diverse decine di unit\ue0. Questa attivit\ue0 \ue8 l\u2019indicatore di una prospettiva ormai prossima: gli sviluppi nel settore dell\u2019Information and Communication Technology hanno avviato diverse iniziative che puntano ad utilizzare megacostellazioni di satelliti come reti per la fornitura di servizi di comunicazione a banda larga. Lo sfruttamento delle onde millimetriche rappresenta quindi un punto cardine per soddisfare la crescente richiesta di capacit\ue0 dei sistemi radio di prossima generazione. Inoltre, lo scenario che ne risulta \ue8 tale da richiedere una connettivit\ue0 completa, cos\uec che ogni satellite operi come un nodo di rete a tutto tondo, con possibilit\ue0 di collegamento tra la terra e lo spazio, e da satellite a satellite. In tale contesto, il ricorso a moderne tecniche di accesso casuale \ue8 particolarmente indicato. Negli ultimi anni si \ue8 assistito a un rinnovato interesse per i protocolli di tipo Aloha, grazie alla possibilit\ue0 di dotare i ricevitori di sistemi di cancellazione dell\u2019interferenza. A tale proposito, viene presentato un nuovo algoritmo che affianca alla cancellazione iterativa di interferenza lo sfruttamento dell\u2019effetto cattura, tenendo al tempo stesso presente la possibile non idealit\ue0 della cancellazione, e quindi la presenza di un residuo. Le sue prestazioni sono confrontate con i metodi attualmente adottati negli standard, mostrando un miglioramento del throughput pari al 31%. Viene inoltre presentata la sintesi di un\u2019antenna a schiera operante in banda Ka adatta per l\u2019uso su nanosatelliti. La schiera risultante offre interessanti benefici in termini di larghezza di banda, polarizzazione e versatilit\ue0, essendo possibile un utilizzo dual-task (downlink verso terra e collegamentointersatellitare). I risultati cos\uec ottenuti sono poi utilizzati per dimostrare, in un simulatore tempo discreto ed evento discreto, le prestazioni ottenibili da un\u2019architettura di rete integrante segmenti di rete radiomobile 5G con una dorsale costituita da una costellazione di nanosatellti. Il simulatore si avvale inoltre di un modello teorico per valutare l\u2019impatto della distribuzione geometrica dei nodi interferenti su una comunicazione in onde millimetriche di tipo line-of-sight. Tale modello, validato con simulazioni di tipo Monte Carlo, contempla i diagrammi di radiazione delle antenne e i recenti modelli di canale in onde millimetriche, che tengono in considerazione rumore, dispersione angolare, fading e bounded path loss. Sono state ricavate delle formulazioni analitiche per la distribuzione della potenza di rumore e interferenza, che consentono di valutare in forma chiusa la probabilit\ue0 di cattura. Tale impostazione \ue8 stata infine usata per discutere gli effetti dell\u2019interferenza sulla capacit\ue0 di Shannon di un collegamento in uplink operante in onde millimetriche, prendendo in considerazione delle condizioni realistiche per il canale

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

SURVEY STUDY FOR VEHICULAR AD HOC NETWORKS PERFORMANCE IN CITY AND URBAN RESIDENTIAL AREAS

This thesis it survey study for VANET (Vehicular Ad-Hoc Networks) and it performance in city and urban residential areas, when the the number of vehicles on roads is increasing annually, due to the higher amount of traffic, there are more accidents associated with road traffic complexity. VANET can be used to detect dangerous situations which are forwarded to the driver assistant system by monitoring the traffic status.fi=Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.|en=Thesis fulltext in PDF format.|sv=Lärdomsprov tillgängligt som fulltext i PDF-format

A Message Transfer Framework for Enhanced Reliability in Delay-and Disruption-Tolerant Networks

Many infrastructure-less networks require quick, ad hoc deployment and the ability to deliver messages even if no instantaneous end-to-end path can be found. Such networks include large-scale disaster recovery networks, mobile sensor networks for ecological monitoring, ocean sensor networks, people networks, vehicular networks and projects for connectivity in developing regions such as TIER (Technology and Infrastructure for Emerging Regions). These types of networks can be realized with delay-and disruption-tolerant network (DTN) technology. Generally, messages in DTNs are transferred hop-by-hop toward the destination in an overlay above the transport layer called the ''bundle layer''. Unlike mobile ad hoc networks (MANETs), DTNs can tolerate disruption on end-to-end paths by taking advantage of temporal links emerging between nodes as nodes move in the network. Intermediate nodes store messages before forwarding opportunities become available. A series of encounters (i.e., coming within mutual transmission range) among different nodes will eventually deliver the message to the desired destination. The message delivery performance (such as delivery ratio and delay) in a DTN highly depends on time elapsed between encounters (inter-contact time) and the time two nodes remain in each others communication range once a contact is established (contact-duration). As messages are forwarded opportunistically among nodes, it is important to have sufficient contact opportunities in the network for faster, more reliable delivery of messages. In this thesis, we propose a simple yet efficient method for increasing DTN performance by increasing the contact duration of encountered nodes (i.e., mobile devices). Our proposed sticky transfer framework and protocol enable nodes in DTNs to collect neighbors' information, evaluate their movement patterns and amounts of data to transfer in order to make decisions of whether to ''stick'' with a neighbor to complete the necessary data transfers. Nodes intelligently negotiate sticky transfer parameters such as stick duration, mobility speed and movement directions based on user preferences and collected information. The sticky transfer framework can be combined with any DTN routing protocol to improve its performance. Our simulation results show that the proposed framework can improve the message delivery ratio by up to 38% and the end-to-end message transfer delay by up to 36%

Desenvolupament, proves de camp i anàlisi de resultats en una xarxa de sensors

The objective of this master thesis is to describe the problems of the underwater acoustic sensor network and make some experiments. The experiments carried out try to characterize the communication in underwater environments in order to be able to develop underwater sensor networks. In the first chapter we describe the motivations, features of aquatic environment, the difficulties of underwater acoustic channels, and the open questions in mobile underwater sensor network design. In the second chapter we try to describe the experiments, show the results and try to explain these results. And finally in the third chapter we explain the conclusions and the further works of this master thesis