Estudio de técnicas de Cross-Layer para sistemas de comunicaciones inalámbricos

El presente proyecto se sitúa en uno de los ámbitos de investigación más relevantes en la actualidad, las comunicaciones inalámbricas. En concreto se centra en las redes WLAN en modo ad-hoc basadas en el estándar IEEE 802.11. Los principales objetivos del proyecto son la propuesta, el estudio y el análisis de técnicas de Cross-Layer con el fin de mejorar la eficiencia y el rendimiento de los sistemas WLAN. Obteniendo estas mejoras potenciales se consigue optimizar el uso de los recursos radioeléctricos disponibles y se consigue un ahorro de energía que permite alargar la vida de las baterías de los terminales inalámbricos. Las técnicas de Cross-Layer consisten en un intercambio de información entre las capas del modelo OSI que forman un sistema de comunicaciones. En el presente trabajo se proponen técnicas que transfieren información de la capa física a la capa MAC con el objetivo de adaptar las transmisiones al estado del canal inalámbrico. Concretamente, estas técnicas de Cross-Layer modifican el algoritmo de contienda del protocolo MAC clasificando y priorizando las transmisiones no recibidas según el nivel de SNR. Para conseguir los objetivos del proyecto se ha diseñado un software de simulación por ordenador en lenguaje C++. En este software se ha desarrollado un sistema de comunicaciones de referencia sobre el que se han implementado las distintas técnicas Cross-Layer propuestas. Tras el análisis de los resultados obtenidos, se puede concluir que con la implementación de las técnicas de Cross-Layer propuestas se ofrecen beneficios significativos en términos de caudal efectivo, retardo medio de acceso, reducción de colisiones, ahorro de energía y optimización del uso de los recursos disponibles. Por lo tanto, son interesantes para implementarlas en aplicaciones reales y para tenerlas en cuenta en diseños futuros de redes inalámbricas

QUALITY-DRIVEN CROSS LAYER DESIGN FOR MULTIMEDIA SECURITY OVER RESOURCE CONSTRAINED WIRELESS SENSOR NETWORKS

The strong need for security guarantee, e.g., integrity and authenticity, as well as privacy and confidentiality in wireless multimedia services has driven the development of an emerging research area in low cost Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). Unfortunately, those conventional encryption and authentication techniques cannot be applied directly to WMSNs due to inborn challenges such as extremely limited energy, computing and bandwidth resources. This dissertation provides a quality-driven security design and resource allocation framework for WMSNs. The contribution of this dissertation bridges the inter-disciplinary research gap between high layer multimedia signal processing and low layer computer networking. It formulates the generic problem of quality-driven multimedia resource allocation in WMSNs and proposes a cross layer solution. The fundamental methodologies of multimedia selective encryption and stream authentication, and their application to digital image or video compression standards are presented. New multimedia selective encryption and stream authentication schemes are proposed at application layer, which significantly reduces encryption/authentication complexity. In addition, network resource allocation methodologies at low layers are extensively studied. An unequal error protection-based network resource allocation scheme is proposed to achieve the best effort media quality with integrity and energy efficiency guarantee. Performance evaluation results show that this cross layer framework achieves considerable energy-quality-security gain by jointly designing multimedia selective encryption/multimedia stream authentication and communication resource allocation

Game theoretic approach in routing protocols for wireless mobile ad hoc networks

Mobile Ad hoc Networks (MANETs) are becoming popular as a means of providing communication among a group of people. Because of self-configuring and self-organizing characteristics, MANETs can be deployed quickly. There is no infrastructure defined in the network, therefore all of the participating nodes relay packets for other nodes and perform routing if necessary. Because of the limitations in wireless transmission range, communication links could be multi-hop. Routing protocol is the most important element of MANET. Routing protocols for MANET can broadly be classified as proactive routing protocol and reactive routing protocol. In proactive routing protocols like Destination Sequence Distance Vector (DSDV), mobile nodes periodically exchange routing information among themselves. Hence proactive routing protocols generate high overhead messages in the network. On the other hand, reactive routing protocols like Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV) and Dynamic Source Routing (DSR) work on-demand. Hence reactive routing protocols generate fewer number of overhead messages in the network compared to proactive routing protocols. But reactive routing protocols use a global search mechanism called flooding during the route discovery process. By flooding mechanism a source node can discover multiple routes to a destination. Flooding generates a large number of overhead packets in the network and is the root cause of scaling problem of reactive routing protocols. Hierarchical Dynamic Source Routing (HDSR) protocol has been proposed in this dissertation to solve that scaling problem. The DSR protocol has been modified and optimized to implement HDSR protocol. HDSR protocol reduces the flooding problem of reactive routing protocols by introducing hierarchy among nodes. Two game theoretic models, Forwarding Dilemma Game (FDG) and Forwarding Game Routing Protocol (FGRP), is proposed to minimize the \u27flooding\u27 effect by restricting nodes that should participate in route discovery process based on their status. Both FDG and FGRP protocols reduce overhead packet and improve network performances in terms of delay packet delivery ratio and throughput. Both protocols were implemented in AODV and the resulting protocol outperformed AODV in our NS-2 simulations. A thorough connectivity analysis was also performed for FDG and FGRP to ensure that these protocols do not introduce disconnectivity. Surprisingly, both FDG and FGRP showed better connectivity compared to AODV in moderate to high node density networks

Estudio de técnicas de Cross-Layer para sistemas de comunicaciones inalámbricos

El presente proyecto se sitúa en uno de los ámbitos de investigación más relevantes en la actualidad, las comunicaciones inalámbricas. En concreto se centra en las redes WLAN en modo ad-hoc basadas en el estándar IEEE 802.11. Los principales objetivos del proyecto son la propuesta, el estudio y el análisis de técnicas de Cross-Layer con el fin de mejorar la eficiencia y el rendimiento de los sistemas WLAN. Obteniendo estas mejoras potenciales se consigue optimizar el uso de los recursos radioeléctricos disponibles y se consigue un ahorro de energía que permite alargar la vida de las baterías de los terminales inalámbricos. Las técnicas de Cross-Layer consisten en un intercambio de información entre las capas del modelo OSI que forman un sistema de comunicaciones. En el presente trabajo se proponen técnicas que transfieren información de la capa física a la capa MAC con el objetivo de adaptar las transmisiones al estado del canal inalámbrico. Concretamente, estas técnicas de Cross-Layer modifican el algoritmo de contienda del protocolo MAC clasificando y priorizando las transmisiones no recibidas según el nivel de SNR. Para conseguir los objetivos del proyecto se ha diseñado un software de simulación por ordenador en lenguaje C++. En este software se ha desarrollado un sistema de comunicaciones de referencia sobre el que se han implementado las distintas técnicas Cross-Layer propuestas. Tras el análisis de los resultados obtenidos, se puede concluir que con la implementación de las técnicas de Cross-Layer propuestas se ofrecen beneficios significativos en términos de caudal efectivo, retardo medio de acceso, reducción de colisiones, ahorro de energía y optimización del uso de los recursos disponibles. Por lo tanto, son interesantes para implementarlas en aplicaciones reales y para tenerlas en cuenta en diseños futuros de redes inalámbricas