Advanced Transport Protocols for Wireless and Mobile Ad Hoc Networks

This thesis comprises transport protocols in the following different areas of research: Fast Handover allows mobile IP end-devices to roam between wireless access routers without interruptions while communicating to devices in an infrastructure (e.g., in the Internet). This work optimizes the Fast Handover algorithm and evaluates the performance of the transport protocols UDP and TCP during fast handovers via measurements. The following part of the thesis focuses on vehicular ad hoc networks. The thesis designs and evaluates through simulations a point-to-point transport protocol for vehicular ad hoc networks and an algorithm to facilitate the reliable and efficient distribution of information in a geographically scoped target area. Finally, the thesis evaluates the impact of wireless radio fluctuations on the performance of an Ad Hoc Network. Measurements quantify the wireless radio fluctuations. Based on these results, the thesis develops a simple but realistic radio model that evaluates by means of simulations the impact on the performance of an ad hoc network. As a result, the work provides guidelines for future ad hoc protocol design

Mobility management for Wi-Fi infrastructure and mesh networks

Magister Scientiae - MScThis thesis shows that mobility management protocols for infrastructure Internet may be used in a wireless mesh network environment. In this research Mobile IPv6 and Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 are successfully implemented in a wireless mesh network environment. Two experiments were carried out: vertical and horizontal handover simulations. Vertical handover simulation involved a heterogeneous wireless environment comprising both wireless local area and wireless mesh networks. An OPNET Mobile IPv6 model was used to simulate the vertical handover experiment. Horizontal handover simulation involved Mobile IPv6 and Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 applied in ns2 wireless mesh network. The vertical handover results show that MIPv6 is able to manage vertical handover between wireless local area and wireless mesh network. The horizontal handover results illustrate that in mesh networks, Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6's performance is superior to Mobile IPv6. Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 generates more throughput and less delay than Mobile IPv6. Furthermore, Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 drops less data packets than Mobile IPv6. The simulations indicate that even though there are multi-hop communications in wireless mesh networks, the performance of the multi-hop routing may not play a big role in the handover performance. This is so because the mesh routers are mostly static and the multi-hop routes are readily available. Thus, the total handover delay is not affected too much by the WMN hops in the paths for signaling message transmission.South Afric

Mobile Networks

The growth in the use of mobile networks has come mainly with the third generation systems and voice traffic. With the current third generation and the arrival of the 4G, the number of mobile users in the world will exceed the number of landlines users. Audio and video streaming have had a significant increase, parallel to the requirements of bandwidth and quality of service demanded by those applications. Mobile networks require that the applications and protocols that have worked successfully in fixed networks can be used with the same level of quality in mobile scenarios. Until the third generation of mobile networks, the need to ensure reliable handovers was still an important issue. On the eve of a new generation of access networks (4G) and increased connectivity between networks of different characteristics commonly called hybrid (satellite, ad-hoc, sensors, wired, WIMAX, LAN, etc.), it is necessary to transfer mechanisms of mobility to future generations of networks. In order to achieve this, it is essential to carry out a comprehensive evaluation of the performance of current protocols and the diverse topologies to suit the new mobility conditions

Resource savings in delay tolerant networks

Tese de mestrado, Engenharia Informática (Engenharia de Software) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Este documento foca-se no trabalho que foi feito na dissertação de mestrado no Departamento de Informática da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa ao longo de um ano. O objectivo inicial foi criar um protótipo de middleware em ambiente de simulador que servisse o propósito de facilitar disseminação de dados num ambiente urbano de cidade inteligente. Apesar de apontámos para uma solução mais genérica possível, por de trás deste objectivo e servindo de motivação existe um cenário de caso de uso no qual nos focámos. Este cenário descreve uma cidade na qual a recolha do lixo tem que ser otimizada e em cada caixote existe um sensor que produz leituras do nível atual de enchimento. O desafio coloca-se em disseminar a informação produzida por estes sensores de uma forma eficaz e sem grandes gastos de recursos. Como tal, recorremos ao facto de já existir uma infraestrutura subjacente para resolver o problema. Através da utilização de carros de polícia, bombeiros, táxis ou por exemplo camiões do lixo, fazemos com que estes ajudem na recolha das leituras feitas pelos sensores. O facto de esta recolha de leituras ser feita localmente por veículos que circulam na cidade, permite que as baterias dos sensors sofram uma descarga menor do que se tivessem que enviar diretamente a informação para o destino final mas utilizando recursos mais dispendiosos. Para melhorar esta ideia e de forma a que o resultado final fosse o mais completo possível, começámos então por fazer um estudo do estado da arte. Ao ler e considerar trabalho feito nas áreas de espaços de tuplos, redes tolerantes a atraso, cidades inteligentes, simuladores de redes, redes de sensores e difusão epidémica foi possível melhorar consideravelmente o produto final desta dissertação. Este estudo de outros trabalhos é sem dúvida um passo muito importante no decorrer desta dissertação, pois através de observação, quer de lacunas, quer de pontos fortes existentes noutras soluções, permitiu considerar e pensar de forma competente a solução a desenvolver. Partindo então deste estudo foi definido um modelo de sistema que permitiu perceber de forma eficaz alguns requisitos e condições que tinham de ser cumpridos. Dado este trabalho inicial foi então definido a especificação para o middleware. Foi determinada uma semântica para o espaço de tuplos que suporta a persistência de dados para cada um dos nós da rede. Após isto, foi implementado uma versão de espaços de tuplos em C/C++ que cumprisse esta mesma semântica. Em comunhão foi elaborado um protocolo que permitisse que estes espaços de tuplos fossem sincronizados entre os vários nós existentes na rede. Este protocolo foi concebido utilizando conceitos de flooding e difusão epidémica. Para além disso foi criado um canal prioritário para que se podesse proceder ao envio de leituras cujo o cariz fosse mais importante. De forma a manter um certo nível de eficiência no middleware, foi também criado um mecanismo de remoção de tuplos duplicados na rede. Este mecanismo recorreu ao uso de épocas definidas em tempo de configuração. Foi também delineado uma forma parcimoniosa de serialização dos tuplos trocados na rede com o objetivo de melhorar a eficiência deste middleware. Por fim, criámos uma forma de atualização de código para os sensores que também utiliza a infraestrutura de cidade para se disseminar para cada sensor. Toda esta implementação foi feita especificamente para o Network Simulator 3, sendo desenvolvida em C/C++. O simulador de redes em questão tornou-se extremamente útil pois permitiu testar numa fase embrionária um cenário que dado a escala seria difícil de avaliar numa situção real. Pelos inúmeros módulos já existentes de raiz, foi possível implementar características como comunicação 3G/4G ou simulação de bateria em cada sensor. De forma a oferecer uma grande flexibilidade para que este middleware possa ser aplicado em diferentes cenários com diferentes características, criámos uma configuração parametrizável de valores que fazem com que o middleware se adapte. Esta flexibilidade é muito importante para o seu funcionamento dado que, muitos ambientes urbanos têm características diferentes, como por exemplo densidade populacional, o que por sua vez, afeta o número de veículos presentes na infraestrutura. Após a implementação do protótipo de middleware passámos então à fase de avaliação. Para esta fase de avaliação começámos em primeiro lugar, por procurar dois padrões de mobilidade de veículos em ambientes urbanos. Estes padrões servem para ser aplicados no simulador de rede de forma a criar um movimento realista e relevante para as nossas simulações. Os cenários escolhidos foram: um conjunto de posições de GPS de múltiplos táxis na cidade de Roma e também o registo de posições de GPS para uma rede de transportes de autocarro na zona urbana de Seattle. Apesar de haver algumas diferenças relevantes entre estes dois padrões, como por exemplo a dimensão total do cenário, esta mesma discrepância entre eles serve para avaliar o middleware em diferentes ambientes. Escolhidos então estes padrões foi desenhado um plano para os testes. De forma a criar alguma relevância estatística foi feita uma bateria de simulações sobre o middleware, sendo no total efectuadas 480 simulações. Com os resultados destas simulações, dos quais foram extraídos valores como taxa de entrega e latência de entrega, foram utilizadas algumas métricas relevantes para fazer uma avaliação. Usando gráficos gerados, foi possível efetuar uma discussão da eficiência do middleware podendo avaliar certas situações nas quais determinadas características se sobressaíram. No entanto ficou claro que é ainda necessário fazer uma avaliação muito mais extensa de todo o trabalho dado a complexidade inerente aos múltiplos parâmetros que existem no middleware, que sendo dispostos em diferentes configurações podem apresentar resultados muito díspares. Por fim, foram tiradas algumas conclusões do que foi feito e das limitações que atualmente apresenta. Nesta conclusão foi revisto se os objectivos que inicialmente se propôs foram de alguma forma cumpridos. Foi também discutido algum trabalho que pode vir a ser feito no futuro. Este trabalho futuro apresenta algumas funcionalidades que melhoram a eficiência e usabilidade do middleware. Um exemplo é o enriquecimento da semântico do espaço de tuplos utilizado que permitirá ao utilizador efectuar mais facilmente pesquisas de tuplos com um esforço mais reduzido.This document focuses on the work done on the master thesis at the Informatics Department in the Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. With this work we aim at offering a reliable middleware that is capable of supporting data dissemination in a network composed of different types of hardware. Mainly these different components are sensors and mobile devices. We hope to offer a solution that is deployable in scenarios that have an high degree of heterogeneity without compromising the quality of service and functionalities of the applications used with the middleware. With these type of proposal we expect to cover many cases of ubiquitous computing such as the ones we find in smart cities scenarios. Although our solution is aiming to be as generic as possible we take a practical case into account in order to provide a working example of our work. We take advantage of the infrastructure now available in some cities such as a mobile ad hoc network composed of public service vehicles. Doing so we will use our work in a garbage collection project where sensors read data from garbage cans in order to inform a set of base stations of their garbage levels. With this we allow the optimization of garbage collection in the future. Also by testing our middleware in this scenario we intend to gather more information that may allow for future improvements in the middleware. So far we were able to implement a working prototype simulation designed for the Network Simulator 3. In this simulation we used some mobility patterns and tested the middleware in order to achieve results on its delivery rate and other metrics. By perusing previous work done in studied areas of research such as tuple spaces and wireless sensor networks, we were able improve our concept. As a goal we look forward to create a piece of software that contributes to the community, making ease the process of going about our routines, work and the way we live in a more automated and pleasant smart city

Designing and optimization of VOIP PBX infrastructure

In the recent decade, communication has stirred from the old wired medium such as public switched telephone network (PSTN) to the Internet. Present, Voice over Internet Protocol (VoIP) Technology used for communication on internet by means of packet switching technique. Several years ago, an internet protocol (IP) based organism was launched, which is known as Private Branch Exchange "PBX", as a substitute of common PSTN systems. For free communication, probably you must have to be pleased with starting of domestic calls. Although, fairly in few cases, VoIP services can considerably condense our periodical phone bills. For instance, if someone makes frequent global phone calls, VoIP talk service is the actual savings treat which cannot achieve by using regular switched phone. VoIP talk services strength help to trim down your phone bills if you deal with a lot of long-distance (international) and as well as domestic phone calls. However, with the VoIP success, threats and challenges also stay behind. In this dissertation, by penetration testing one will know that how to find network vulnerabilities how to attack them to exploit the network for unhealthy activities and also will know about some security techniques to secure a network. And the results will be achieved by penetration testing will indicate of proven of artefact and would be helpful to enhance the level of network security to build a more secure network in future

Adaptação da taxa de transmissão em redes veiculares

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesAo longo dos últimos anos, vários progressos em comunicações sem fios têm extendido investigações a novas áreas, onde soluções baseadas em redes com fios são impraticáveis. Neste contexto apareceram as Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs), uma classe emergente das redes Ad Hoc, para interligação e comunicação entre veículos. Devido ás suas características peculiares como alta mobilidade, topologia dinâmica, frequente perda de conectividade, as VANETs enfrentam vários desafios para definir protolocos e mecanismos fiáveis, como a adaptação da taxa de transmissão. De facto, a monitorização do tráfego das ruas através de aplicações são o núcleo das VANETs cujo desempenho depende da taxa de envio de pacotes e da taxa de sucesso que estas redes conseguem oferecer. Mecanismos de adaptação da taxa de transmissão têm como objetivo evitar a degradação do desempenho da rede devido a uma escolha muito elevada da taxa de transmissão, quando a qualidade do canal está deteorada, ou devido à utilização de uma taxa muito baixa quando as condições da qualidade do canal melhoram. Uma vez que os dispositivos que operam segundo a norma IEEE 802.11p suportam várias taxas de transmissão, é importante que estes possam adaptar a taxa de forma dinâmica de modo a obter um desempenho elevado. Assim é essencial ter um mecanismo de adaptação da taxa de transmissão que seja robusto e capaz de lidar com elevadas flutuações e assimetrias do canal, transmissões em rajada e de duração inconstante, e perda de pacotes devido ás condições do meio e à existência de terminais escondidos. Assim sendo, esta dissertação permite avaliar e comparar os mecanismos existentes para redes sem fios, em ambientes veiculares usando o Network Simulator 3 (NS-3) e o Simulator of Urban Mobility (SUMO). Depois de analisar os principais mecanismos presentes na literatura, foram selecionados quatro para serem testados: Adaptive Auto Rate Fall Back-Collision Detection (AARF-CD), Collision-Aware Rate Adaptation (CARA), Minstrel e o Ideal. Serão considerados dois tipos de cenários: auto-estrada e urbano. A comparação dos algoritmos será baseada em métricas conhecidas como a taxa de envio de pacotes, taxa de sucesso e a percentagem de retransmissões para vários níveis de transmissão. Os resultados experimentais mostraram que o AARFCD atingiu um desempenho superior, quando comparado com os restantes algoritmos. O CARA foi o segundo melhor algoritmo segundo as métricas consideradas. De realçar que o AARF-CD obteve uma taxa de sucesso superior ao do CARA, apesar deste oferecer uma taxa de envio de pacotes superior em certos cenários. Em relação ao atraso na rede, tanto o AARFCD como o CARA alcançaram resultados similares. Foi também concluído que algoritmos com diferenciação de perdas de pacotes como o AARF-CD e o CARA oferecem uma melhor adaptação da taxa de transmissão. Por fim, é sugerido um algoritmo de adatação da taxa de transmissão que tem em conta parâmetros externos, como a velocidade, distância e a densidade de veículos. Cada parâmetro é considerado de acordo com a sua influência na transmissão de dados através de pesos. Desta forma os parâmetros que afetam mais a adaptação da taxa de transmissão serão associados a pesos maiores. A adaptação da taxa de transmissão será baseada num processo de pesos, de acordo com o efeito das condições exteriores no desempenho da rede.Over the last years, several progresses in wireless communications have extended research in new sub-areas, where wired solutions are impracticable. In this context, VANETs arose as an emerging area of wireless ad hoc networks, which connect and allow communication between vehicles. Due to its peculiar characteristics such as high mobility, dynamic topology and frequent loss of connectivity, VANETs face many challenges to de ne reliable protocols and mechanisms like rate adaptation schemes. Indeed tra c querying and road sensing applications are the core of VANETs whose performance depends on the throughput and the success ratio these networks can provide. Rate adaptation mechanisms aim to avoid performance network degradation due to rate over-selection when channel quality is deteriorated or rate under-selection when channel quality improves. Since IEEE 802.11p supports multi-rate capabilities, devices must adapt their transmission rate dynamically in order to achieve a high performance. Thus it is critical to have a robust rate adaptation mechanism that can deal with high uctuation and asymmetry of channels, bursty and infrequent duration transmissions, and loss packet own to the extreme environment conditions or hidden terminals. Thereby, this dissertation evaluates and compares the existing rate adaptation mechanisms for wireless in vehicular environments, using NS-3 and SUMO. Four mechanisms: AARF-CD, CARA, Minstrel and Ideal were selected to be compared, after analysing the main mechanisms across literature. It will be considered two types of scenarios: highway and urban scenario. The comparison between the algorithms will be based on known metrics: network throughput, success ratio, delay and percentage of retransmissions. Experimentation results showed that AARF-CD achieved higher performance when compared with the remaining algorithms in both scenarios. CARA was the second best algorithm, considering the same metrics. Although CARA provides higher throughput in certain scenarios, it is outperformed by AARF-CD in terms of rate success. Regarding delay, AARF-CD and CARA attained similar results. It was also concluded that algorithms with loss di erentiation such as AARF-CD and CARA provide better rate adaptation. Finally, it is suggested a rate adaptation algorithm which considers external parameters like velocity, distance and density of nodes. Each parameter is considered according to its impact in the data transmission through weights. Parameters that a ect more the rate adaptation are associated to larger weights. Thus, the rate adaptation is based on a weighted process according to the e ect of external conditions in the network performance

Mobile Ad Hoc Networks

Guiding readers through the basics of these rapidly emerging networks to more advanced concepts and future expectations, Mobile Ad hoc Networks: Current Status and Future Trends identifies and examines the most pressing research issues in Mobile Ad hoc Networks (MANETs). Containing the contributions of leading researchers, industry professionals, and academics, this forward-looking reference provides an authoritative perspective of the state of the art in MANETs. The book includes surveys of recent publications that investigate key areas of interest such as limited resources and the mobility of mobile nodes. It considers routing, multicast, energy, security, channel assignment, and ensuring quality of service. Also suitable as a text for graduate students, the book is organized into three sections: Fundamentals of MANET Modeling and Simulation—Describes how MANETs operate and perform through simulations and models Communication Protocols of MANETs—Presents cutting-edge research on key issues, including MAC layer issues and routing in high mobility Future Networks Inspired By MANETs—Tackles open research issues and emerging trends Illustrating the role MANETs are likely to play in future networks, this book supplies the foundation and insight you will need to make your own contributions to the field. It includes coverage of routing protocols, modeling and simulations tools, intelligent optimization techniques to multicriteria routing, security issues in FHAMIPv6, connecting moving smart objects to the Internet, underwater sensor networks, wireless mesh network architecture and protocols, adaptive routing provision using Bayesian inference, and adaptive flow control in transport layer using genetic algorithms

Packet Loss in Terrestrial Wireless and Hybrid Networks

The presence of both a geostationary satellite link and a terrestrial local wireless link on the same path of a given network connection is becoming increasingly common, thanks to the popularity of the IEEE 802.11 protocol. The most common situation where a hybrid network comes into play is having a Wi-Fi link at the network edge and the satellite link somewhere in the network core. Example of scenarios where this can happen are ships or airplanes where Internet connection on board is provided through a Wi-Fi access point and a satellite link with a geostationary satellite; a small office located in remote or isolated area without cabled Internet access; a rescue team using a mobile ad hoc Wi-Fi network connected to the Internet or to a command centre through a mobile gateway using a satellite link. The serialisation of terrestrial and satellite wireless links is problematic from the point of view of a number of applications, be they based on video streaming, interactive audio or TCP. The reason is the combination of high latency, caused by the geostationary satellite link, and frequent, correlated packet losses caused by the local wireless terrestrial link. In fact, GEO satellites are placed in equatorial orbit at 36,000 km altitude, which takes the radio signal about 250 ms to travel up and down. Satellite systems exhibit low packet loss most of the time, with typical project constraints of 10−8 bit error rate 99% of the time, which translates into a packet error rate of 10−4, except for a few days a year. Wi-Fi links, on the other hand, have quite different characteristics. While the delay introduced by the MAC level is in the order of the milliseconds, and is consequently too small to affect most applications, its packet loss characteristics are generally far from negligible. In fact, multipath fading, interference and collisions affect most environments, causing correlated packet losses: this means that often more than one packet at a time is lost for a single fading even