The power of quasi-shortest paths and the impact of node mobility on dynamic networks

The objective of this thesis is to investigate three important aspects of dynamic networks: the impact of node mobility on multihop data transmission, the effect of the use of longer paths on the relative importance of nodes and the performance of the network in the presence of failure on central nodes. To analyze the first aspect, this work proposes the (κ, λ)-vicinity, which extends the traditional vicinity to consider as neighbors nodes at multihop distance and restricts the link establishment according to the relative speed between nodes. This proposal is used later on the development of three forwarding strategies. The relative speed restriction imposed on these strategies results in significant reduction of resources consumption, without incurring significant impact on the average packet delivery ratio. To analyze the second aspect, we propose the ρ-geodesic betweenness centrality, which uses shortest and quasi-shortest paths to quantify the relative importance of a node. The quasishortest paths are limited by a spreadness factor, ρ. The use of non-optimal paths causes the reranking of several nodes and its main effect is a reduced occupation of the most central positions by articulation points. Lastly, the network performenace in presence of failures is investigated through simulations, in which failures happen on nodes defined as the most central according to distinct centrality metrics. The result is a severe reduction of the average network throughput, and it is independent of the metric used to determine which nodes are the most central. The major strength of the proposed metric, then, is that, despite the severe reduction of the throughput, there is a high probability of maintaining the network connected after a failure, because it is unlikely that a failing node in the most central position is also an articulation point.O objetivo desta tese é investigar três aspectos importantes das redes dinâmicas: o impacto da mobilidade dos nós na transmissão de dados em múltiplos saltos, o efeito do uso de caminhos mais longos na importância relativa dos nós, e o desempenho da rede na presença de falha em nós centrais. Para analisar o primeiro aspecto, este trabalho propõe a (κ, λ)-vizinhança, que estende a vizinhança tradicional para considerar como vizinhos nós a múltiplos saltos de distância e restringe o estabelecimento de enlaces de acordo com a velocidade relativa entre os nós. Essa proposta é usada posteriormente no desenvolvimento de três estratégias de encaminhamento. A restrição de velocidade relativa imposta nessas estratégias resulta em uma redução significativa do consumo de recursos, sem que ocorra impacto significativo na taxa média de entrega de pacotes. Para analisar o segundo aspecto, propõe a centralidade de intermediação ρ-geodésica, que usa caminhos mais curtos e quase mais curtos para quantificar a importância relativa dos nos. Os caminhos quase mais curtos são limitados por um fator de espalhamento ρ. O uso de caminhos não ótimos provoca o reranqueamento de diversos nós e tem como principal efeito uma menor ocupação de posições mais centrais por pontos de articulação. Por fim, o desempenho da rede em presença de falha é investigado através de simulações nas quais as falhas atingem nós definidos como os mais centrais de acordo com métricas de centralidade distintas. O resultado é uma redução brusca da vazão média da rede, independentemente da métrica usada para determinar quais são os nós mais centrais. O grande trunfo da métrica proposta é que, apesar da severa redução na vazão, é grande a probabilidade de manter a rede conectada após a falha, uma vez que é pouco provável que um nó em falha nas posições mais centrais seja também um ponto de articulação

Modelling Critical Node Attacks in MANETs

International audienceMANETs (mobile ad hoc networks) operate in a self-organised and decentralised way. Attacks against nodes that are highly relied to relay traffic could result in a wide range of service outage. A comprehensive model that could enhance the understanding of network behaviour under attacks is important to the design and construction of resilient self-organising networks. Previously, we modelled MANETs as an aggregation of time-varying graphs into a static weighted graph, in which the weights represent link availability of pairwise nodes. Centrality metrics were used to measure node significance but might not always be optimal. In this paper, we define a new metric called criticality that can capture node significance more accurately than centrality metrics. We demonstrate that attacks based on criticality have greater impact on network performance than centrality-based attacks in real-time MANETs