Comprehensive Performance Analysis of RPL Objective Functions in IoT Networks

As the movement for a vast implementation of IoT networks is rapidly accelerating, so many researchers are working to analyze the performance of RPL, the widely-used routing protocol for wireless sensor networks. The analysis usually involves a small number of metrics studied under a limited number of scenarios. In this paper however, we provide a comprehensive study for the performance of the two objective functions used in RPL; MRHOF and OF0, using the Cooja simulator in Contiki operating system. Using static-grid and mobile-random topologies with 25, 49, and 81 sender nodes including one sink node. Each topology was tested with three transmission ranges of 11, 20, and 50 meters to simulate sparse, moderate and dense networks. The selected metrics are convergence time, changes in DoDAG tree structures, average churn in the network, Average Power Consumption, Average Listen Duty Cycle, Average Transmit Duty Cycle, Average received packets, average lost packets, average duplicate packets, and average hop count. In fixed networks, the results show that OF0 usually perform better than MRHOF in terms of Energy Consumption, Convergence Time in the Static-Grid Topology, Listen Duty Cycle, and Transmit Duty Cycle

Gerência em redes GMPLS: vantagens e desvantagens de sua implementação

With the advent of new services based on IP, the need for bandwidth grows rapidly at the Internet backbones. The need of carry even more traffic and keep costs as lower as possible, points to new solutions with requirements of escalability, flexibility, low cost and easy of operation. Today, to carry this traffic in an efficient way and with low cost has been a great challenge, specially with the current infrastructure based in four layers. Some proposals have appeared to address these issues. Among them the GMPLS is distinguished. The GMPLS and its extensions to the routing and signaling comes to setting itself as an excellent solution to address the current problems found in the management and provisioning of the great ISPs.Com o advento de novos serviços baseadas em IP, a demanda por largura de banda nos backbones de internet cresce em ritmo acelerado. A necessidade de carregar cada vez mais tráfego mantendo os custos baixos aponta para que novas soluções sejam desenvolvidas e que possuam os requisitos de escalabilidade, flexibilidade, baixo custo e facilidade de operação. Atualmente, carregar este tráfego de maneira eficiente e com baixo custo tem sido um grande desafio, principalmente com a atual infra-estrutura baseadas em quatro camadas. Algumas propostas têm surgido para tentar resolver estes problemas. Dentre elas destaca-se o GMPLS. O GMPLS com suas extensões aplicadas a roteamento e sinalização vem se firmando como uma excelente solução para endereçar os atuais problemas encontrados na gerência e aprovisionamento dos grandes ISPs

Network emulation focusing on QoS-Oriented satellite communication

This chapter proposes network emulation basics and a complete case study of QoS-oriented Satellite Communication

Efficient Distributed Solution for MPLS Fast Reroute

As service providers move more applications to their IP/MPLS (Multiple Protocol Label Switching) networks, rapid restoration upon failure becomes more and more crucial. Recently MPLS fast reroute has attracted lots of attention as it was designed to meet the needs of real-time applications, such as voice over IP. MPLS fast reroute achieves rapid restoration by computing and signaling backup label switched paths (LSP) in advance and re-directing traffic as close to failure point as possible. To provide a guarantee of failure restoration, extra bandwidth has to be reserved on backup LSPs. To improve the bandwidth utilization, path-merging technique was proposed to allow bandwidth sharing on common links among a service LSP and its backup LSPs. However, the sharing is very limited. In this paper, we provide efficient distributed solution, which would allow much broader bandwidth sharing among any backup LSPs from different service LSPs. We also propose an efficient algorithm for backup path selection to further increase the bandwidth sharing. The associated signaling extension for additional information distribution and collection is provided. To evaluate our solution, we compare its performance with the MPLS fast reroute proposal in IETF via simulation. The key figure-of-merit for restoration capacity efficiency is restoration overbuild, i.e., the ratio of restoration capacity to service capacity. Our simulation results show that our distributed solution reduces restoration overbuild from 2.5 to 1, and our optimized backup path selection further reduces restoration overbuild to about 0.5

RI-CUBE: dotando al PCE de información abstracta de ingeniería de tráfico interdominio

El cómputo de rutas en Internet se ha vuelto una tarea compleja y costosa. La arquitectura PCE (Path Computation Element) proporciona la funcionalidad necesaria para el cómputo de rutas interdominio en redes MPLS (Multiprotocol Label Switching) y GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). En este escenario, el cálculo de rutas interdominio se lleva a cabo mediante la cooperación entre PCEs. El PCE que requiera ayuda, utiliza un mecanismo de selección de PCEs colaboradores que podría tener en consideración el estado de la red y sus recursos. Este mecanismo es especialmente importante debido al impacto que tiene en el tiempo total necesario para computar una ruta interdominio completa. En este trabajo, aportamos un detallado estudio de la información de ingeniería de tráfico manejada por los IGPs (Interior Gateway Protocols) más importantes y también un mecanismo para intercambiar esta información en entornos interdominio de forma que no se viole la privacidad de sobre la topología de la dominios afectados. Con esta información en su poder, un elemento PCE puede seleccionar un PCE exterior para colaborar, de forma efectiva y más precisa, minimizando el tiempo total necesario para calcular la ruta interdominio.Postprint (published version

Design and investigation of scalable multicast recursive protocols for wired and wireless ad hoc networks

The ever-increasing demand on content distribution and media streaming over the Internet has created the need for efficient methods of delivering information. One of the most promising approaches is based on multicasting. However, multicast solutions have to cope with several constraints as well as being able to perform in different environments such as wired, wireless, and ad hoc environments. Additionally, the scale and size of the Internet introduces another dimension of difficulty. Providing scalable multicast for mobile hosts in wireless environment and in mobile ad hoc networks (MANETs) is a challenging problem. In the past few years, several protocols have been proposed to efficient multicast solutions over the Internet, but these protocols did not give efficient solution for the scalability issue. In this thesis, scalable multicast protocols for wired, wireless and wireless ad hoc networks are proposed and evaluated. These protocols share the idea of building up a multicast tree gradually and recursively as join/leave of the multicast group members using a dynamic branching node-based tree (DBT) concept. The DBT uses a pair of branching node messages (BNMs). These messages traverse between a set of dynamically assigned branching node routers (BNRs) to build the multicast tree. In the proposed protocols only the branching node routers (BNRs) carry the state information about their next BNRs rather than the multicast group members, which gives a fixed size of control packet header size as the multicast group size increases, i.e. a good solution to the problem of scalability. Also the process of join/leave of multicast group members is carried out locally which gives low join/leave latency. The proposed protocols include: Scalable Recursive Multicast protocol (SReM) which is proposed using the DBT concepts mentioned above, Mobile Scalable Recursive Multicast protocol (MoSReM) which is an extension for SReM by taking into consideration the mobility feature in the end hosts and performing an efficient roaming process, and finally, a Scalable Ad hoc Recursive Multicast protocol (SARM) to achieve the mobility feature for all nodes and performing an efficient solution for link recovery because of node movement. By cost analysis and an extensive simulation, the proposed protocols show many positive features like fixed size control messages, being scalable, low end to end delay, high packet rate delivery and low normalized routing overhead. The thesis concludes by discussing the contributions of the proposed protocols on scalable multicast in the Internet society

Encaminhamento robusto em redes GMPLS sobre SDH

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesEsta dissertação endereça o problema do encaminhamento robusto em redes GMPLS (Generalised Multi-Protocol Label Switching) sobre SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Actualmente, o encaminhamento das redes SDH é feito de forma centralizada e por gestão. As redes SDH têm requisitos de recuperação a falhas muito exigentes pelo que a robustez da rede é tipicamente implementada por mecanismos de protecção. Os mecanismos mais simples e de melhor desempenho em termos de tempo de recuperação a falhas são os que por cada VC (Virtual Container) de serviço também estabelecem um VC de protecção cujo percurso na rede não inclui nenhum dos comutadores do percurso de serviço (excepto os comutadores extremo). Estes mecanismos garantem a robustez completa da rede no caso de falha de um único elemento quer seja um comutador ou uma ligação. A motivação para acrescentar a camada protocolar GMPLS às redes SDH é a de dotar estas redes com a capacidade do estabelecimento de VCs por sinalização e de permitir que o encaminhamento seja implementado o mais possível de uma forma distribuída diminuindo assim a sua dependência de um sistema centralizado de gestão. Os protocolos de encaminhamento GMPLS baseiam-se na atribuição de um custo a cada ligação de rede, fixo ou variável no tempo, e na determinação do encaminhamento pelos percursos cuja soma dos custos das ligações que o compõem é mínima. Nesta dissertação propõese a utilização de um algoritmo de pares de percursos disjuntos de custo mínimo no estabelecimento do par VC de serviço, VC de protecção. Quando existem restrições ao encaminhamento, a determinação do percurso de custo mínimo considera apenas as ligações que cumprem com as restrições. Neste trabalho, propõe-se uma estratégia de atribuição de custos que não só depende da carga da ligação mas também do número e tipo de VCs que a ligação em cada momento suporta. Por simulação, mostra-se que esta estratégia tem melhor desempenho que as estratégias tradicionais de um custo fixo inversamente proporcional à capacidade da ligação ou de um custo que em cada instante é proporcional à carga de cada ligação. Finalmente, propõe-se um esquema centralizado adicional que, sempre que um VC é libertado, recalcula os percursos de todos os VCs de protecção por forma a diminuir a probabilidade de bloqueio global da rede. O objectivo é obter uma melhoria adicional do desempenho não causando nenhuma interrupção de serviço pois, no estado normal da rede, apenas os VCs de serviço suportam efectivamente o tráfego. No âmbito desta dissertação, o desempenho dos diferentes algoritmos de encaminhamento é analisado por simulação pelo que foi desenvolvido um simulador de eventos discretos adequado.This work addresses the problem of survivable routing in SDH (Synchronous Digital Hierarchy) networks with a GMPLS (Generalised Multi-Protocol Label Switching) routing plane. Currently, routing in SDH networks is done in a centralized way by management means. SDH networks have failure recovery exigent requirements so that network survivability is tipically implemented with protection mechanisms. The most simple and efficient mechanisms are the ones that for each service VC (Virtual Container) also establish one protection VC through a path that does not include any of the nodes of the service VC (besides the origin and destination nodes). These mechanisms garanty the network survivability in case of a single node or link failure. The motivation to add the GMPLS control plane on SDH networks is to enable these networks to establish VCs by signalling and to allow as far as possible routing in a distributed way reducing the network dependence on centralized management systems. The GMPLS routing protocols are based on minimum cost routing where either a static or variable cost value is assigned to each network link and the routing paths are given by the minimum cost paths. When there are routing constraints, the determination of the minimal cost paths is applied only to links that observe the constraints. In this work, it is proposed a strategy of cost assignement that depends not only on the link load but also of the number and type of VCs that the link suppports at each time. By simulation, it is shown that this strategy has better performance than the traditional strategies of a static cost inversely proportional to link capacity or of a cost that is proportional to link load at each time. The proposed strategies use a routing algorithm that determines a minimal cost node-disjoint pair of paths in the establishment of the pair service VC and protection VC. Finally, it is proposed an additional centralized scheme that when one VC is released, all protection VCs are recalculated in order to reduce the network overall blocking probability. This scheme allows an additional performance improvement and does not cause any service disruption because in normal operation the service VC’s are the only ones supporting traffic. The performance of all routing algorithms are determined by simulation with a discret event simulator developed for this purpose

Avaliação dos Serviços VoIP em Links de Baixa Capacidade com Tráfego Compartilhado de Dados

Esta dissertação descreve os resultados das medições observadas em um dos Laboratórios de uma Operadora de Telecomunicações (LOP), onde foram avaliados e analisados alguns requisitos de QoS em redes de pacotes IP (Internet Protocol). Essas medições foram feitas no âmbito do objetivo desta dissertação que é avaliar formas de prover serviços VoIP (Voice over Internet Protocol) em redes de pacotes conforme a recomendação do padrão FRF.12. Essa rede é assim, uma rede de link de 512kbps que também provê serviços VoIP compartilhados, concorrentemente com dados e serviços multimídia. Dos ítens analisados destacam-se: Análise de Codecs; QoS (Quality Of Service) Diffserv; Compressão de cabeçalho RTP (Real Time Protocol) - cRTP; Fragmentação com intercalação - LFI; Comportamento da Rede em situações diversas; a adequação do software free Multi Generator (MGEN) de geração - medição - coleta de dados, em redes. A análise foi, essencialmente, em enlace Frame Relay nos CPE (Customer Premise Equipment), passando pelo Backbone IP VPN / MPLS Multicast, pois o Frame Relay Fórum v12 (FRF.12) dá suporte à intercalação de voz entre os pacotes de dados. O FRF.12 é indispensável, pois este esta dissertação tem como objetivo realizar um conjuntos de testes e medidas que avaliam a aplicação dos serviços VoIP em links de baixa capacidades com trafego de dados compartilhados. Para oferecer esse serviço e de qualidade é necessário fragmentar e intercalar frames de voz entre os pacotes de dados usando o FRF.12. Depois do estudo teórico das recomendações, normas de padronização internacional e dos fabricantes, foram realizados testes que resultam na validação prática de toda a teoria outrora analisada através de testes específicos que comprovam em definitivo a viabilidade das aplicações VoIP em uma rede de enlace de baixa velocidade. Feitos esses testes chegou-se a conclusão de que em determinados casos não se revela necessário nem preocupante o aumento da banda para se puder prover determinados serviços. Na sequência dos testes foram também avaliados o desempenho, a ocupação da banda e a eficácia dos equipamentos - softwares. Da bancada dos testes e medições, provou-se o seguinte: que de fato consegue-se melhor otimização da banda ao realizar compressão do cabeçalho cRTP; que de fato a fragmentação de pacote FTP (File Transfer Protocol) com intercalação de pacotes VoIP faz reduzir o delay e jitter1 para as aplicações de tempo real; que de fato a habilitação de QoS Intserv provê classificação e faz diferenciação dos tráfegos, e que o CODEC G729 apresenta melhor adequação em lidar com aplicações VoIP em routers2 CISCO, disponível em CRT (Centro de referência Tecnológica) de uma LOP