Investigating unfairness scenarios in MANET using 802.11b

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Performance modelling of fairness in IEEE 802.11 wireless LAN protocols

PhD ThesisWireless communication has become a key technology in the modern world, allowing network services to be delivered in almost any environment, without the need for potentially expensive and invasive fixed cable solutions. However, the level of performance experienced by wireless devices varies tremendously on location and time. Understanding the factors which can cause variability of service is therefore of clear practical and theoretical interest. In this thesis we explore the performance of the IEEE 802.11 family of wireless protocols, which have become the de facto standard for Wireless Local Area Networks (WLANs). The specific performance issue which is investigated is the unfairness which can arise due to the spatial position of nodes in the network. In this work we characterise unfairness in terms of the difference in performance (e.g. throughput) experienced by different pairs of communicating nodes within a network. Models are presented using the Markovian process algebra PEPA which depict different scenarios with three of the main protocols, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g and IEEE 802.11n. The analysis shows that performance is affected by the presence of other nodes (including in the well-known hidden node case), by the speed of data and the size of the frames being transmitted. The collection of models and analysis in this thesis collectively provides not only an insight into fairness in IEEE 802.11 networks, but it also represents a significant use case in modelling network protocols using PEPA. PEPA and other stochastic process algebra are extremely powerful tools for efficiently specifying models which might be very complex to study using conventional simulation approaches. Furthermore the tool support for PEPA facilitates the rapid solution of models to derive key metrics which enable the modeller to gain an understanding of the network behaviour across a wide range of operating conditions. From the results we can see that short frames promote a greater fairness due to the more frequent spaces between frames allowing other senders to transmit. An interesting consequence of these findings is the observation that varying frame length can play a role in addressing topological unfairness, which leads to the analysis of a novel model of IEEE 802.11g with variable frame lengths. While varying frame lengths might not always be practically possible, as frames need to be long enough for collisions to be detected, IEEE 802.11n supports a number of mechanisms for frame aggregation, where successive frames may be sent in series with little or no delay between them. We therefore present a novel model of IEEE 802.11n with frame aggregation to explore how this approach affects fairness and, potentially, can be used to address unfairness by allowing affected nodes to transmit longer frame bursts.Kurdistan Region Government of Iraq (KRG) sponso

Soluciones para la autenticación y gestión de subredes en manets y vanets

En los últimos años las redes inalámbricas están ganando cada vez más popularidad conforme sus prestaciones aumentan y se descubren nuevas aplicaciones. Dichas redes permiten a sus usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar físicamente conectados. Además, ofrecen una gran flexibilidad a un bajo coste ya que en general no hay necesidad de usar instalaciones cableadas lo que implica que sean fácilmente desplegables. Es por eso que resultan muy útiles en entornos donde es muy costoso instalar infraestructuras fijas, como son entornos militares, agrícolas, situaciones de emergencia, etc. Las redes móviles ad-hoc o MANETs (Mobile Ad-hoc NETworks) son un tipo de red inalámbrica, distribuida y sin autoridad central en las que los nodos son móviles. El comportamiento de una MANET es en muchos aspectos similar al de una red Peer-TO-Peer (P2P) pues en ambos casos los nodos de la red reciben y envían información de forma descentralizada. La gestión de las MANETs conlleva muchas dificultades ya que por ejemplo su topología cambia constantemente debido a la movilidad de los nodos y a la inexistencia de una infraestructura fija. Las redes ad-hoc vehiculares o VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks) pueden considerarse un subconjunto de las MANETs en las que los nodos móviles son vehículos. En su definición clásica, las VANETs permiten comunicar información no solo entre las unidades a bordo u OBUs (On Board Units) situadas en los vehículos, sino también con la infraestructura de la carretera o RSU (Road Side Unit). El objetivo principal de estos sistemas es proporcionar un mejor conocimiento de las condiciones de las carreteras a los conductores para reducir el número de accidentes y lograr que la conducción sea más cómoda y fluida, reduciendo con ello la cantidad de CO2 que los vehículos expulsan a la atmósfera. Las redes ad-hoc son especialmente vulnerables a varios tipos de ataques, tanto activos como pasivos. Por ejemplo, un atacante puede intentar emular a un nodo legítimo y capturar paquetes de datos y de control, destruir tablas de encaminamiento, etc. En particular, los efectos de los ataques a las VANETs pueden ser muy destructivos, ya que pueden llegar incluso a causar muertes. Por este motivo, el propósito fundamental de la presente Tesis es la propuesta de nuevas herramientas que permitan proteger las redes móviles ad-hoc contra diferentes ataques, asegurando en la medida de lo posible que la generación de información, así como su retransmisión se realizan correctamente. Para ello, se proponen y analizan aquí nuevos esquemas de autenticación y gestión de subredes en MANETs y VANETs. Hay que destacar que las simulaciones juegan un papel fundamental en este trabajo ya que permiten analizar y evaluar el comportamiento de las propuestas realizadas a gran escala y en diversas condiciones. En particular, gran parte de los algoritmos diseñados en esta Tesis han sido simulados con el simulador de redes NS-2 y el simulador de tráfico SUMO. También son de gran interés en esta Tesis las implementaciones de algunas de las propuestas en dispositivos reales, ya que no sólo permiten evaluar su comportamiento en entornos reales, sino descubrir problemas que las simulaciones no detectan, y obtener datos reales para alimentar simulaciones a gran escala. Las implementaciones en dispositivos reales se han llevado a cabo en particular en la plataforma Windows Mobile usando Visual Studio 2008. Como resultado práctico de este trabajo, y en colaboración con otras investigaciones, surge VAiPho (VANET in Phones), que es una herramienta para la asistencia a la conducción. VAiPho permite crear una red vehicular real utilizando únicamente teléfonos móviles inteligentes, sin necesidad de instalar ningún tipo de infraestructura ni en los vehículos ni en la carretera. VAiPho cuenta ya con varias aplicaciones en entornos urbanos, tales como la detección de atascos, plazas de aparcamiento libres y vehículo aparcado. Dicha herramienta es el producto de la implementación de una patente presentada