Interim research assessment 2003-2005 - Computer Science

This report primarily serves as a source of information for the 2007 Interim Research Assessment Committee for Computer Science at the three technical universities in the Netherlands. The report also provides information for others interested in our research activities

NAT Traversal und verlässliche Datenverteilung in geschichteten Peer-to-Peer Systemen

Peer-to-Peer basierte Systeme haben in den letzten Jahren insbesondere im Bereich des Dateiaustasuches zunehmend an Verbreitung gewonnen. Peer-to-Peer Systeme sind dezentrale Netzwerke, in denen jeder Teilnehmer bzw. jeder Peer gleichberechtigt ist. Jeder Peer kann Dienste in Anspruch nehmen und stellt gelichzeitig anderen Teilnehmern Dienste zur Verfügung. Im Rahmen des Peers@play Projektes wird untersucht, ob auch komplexere Anwendungen, wie beispielsweise virtuelle Welten, auf Basis von Peer-to-Peer Systemen entwickelt werden können. In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze vorgestellt, die für die Entwicklung einer Peer-to-Peer-basierten virtuellen Welt verwendet werden können. Die vorliegende Arbeit betrachtet hierbei drei Aspekte aus unterschiedlichen Forschungsgebieten. Der erste Aspekt, der im Rahmen dieser Arbeit betrachtet wird, betrifft die Kommunikation zwischen Peers. Diese Kommunikation wird durch die Verbreitung von Network Address Translation (NAT) Routern erschwert. NAT Router reduzieren die Konnektivität der Rechner, die sich hinter den NAT Routern befinden. Die Herausforderung besteht darin, den Nachrichtenaustausch zwischen Peers, die sich hinter NAT Routern befinden, zu gewährleisten. Verfahren, die dies ermöglichen, werden als NAT Traversal Verfahren bezeichnet. In dieser Arbeit wird ein neues NAT Traversal Verfahren für das Transportprotokoll TCP vorgestellt. Da die Erfolgswahrscheinlichkeit eines NAT Traversal Verfahrens stark von den verwendeten NAT Routern abhängig ist, wird in dieser Arbeit zusätzlich ein Protokoll vorgestellt, das es ermöglicht das NAT Traversal Verfahren auszuwählen, das in einer bestimmten Situation die höchste Erfolgswahrscheinlichkeit bietet. Eine weitere Herausforderung betrifft die Umsetzung und konkrete Entwicklung einer Peer-to-Peer-basierten Anwendung. Hier existiert oft eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze für unterschiedliche Problemstellungen. Dabei ist es nicht immer im Vorfeld ersichtlich, welche Kombination von diesen Ansätzen die Beste in Bezug auf Performanz oder Stabilität ist. Um dies zu evaluieren, werden häufig Ansätze zuerst für existierende Simulationsumgebungen implementiert und anschließend für die eigentliche Anwendung. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird eine geschichtete Softwarearchitektur vorgestellt, die eine Peer-to-Peer-basierte Anwendung in Schichten und Komponenten unterteilt. Hierdurch können verschiedene Ansätze einfach ausgetauscht werden. Zusätzlich ermöglicht es die Architektur denselben Quelltext für die eigentliche Anwendung als auch für Simulationen zu verwenden. Der dritte Aspekt dieser Arbeit betrifft die Datenspeicherung. In einem Server-basierten System wird der Zustand einer virtuellen Welt auf einem zentralen Server gespeichert. In einem Peer-to-Peer System hingegen muss der Zustand der virtuellen Welt auf den Peers des Peer-to-Peer Netzwerks gespeichert werden. Hierbei müssen eine Reihe von Anforderungen bezüglich der Verlässlichkeit und Sicherheit der gespeicherten Daten erfüllt werden. Zusätzlich müssen Daten effizient abgefragt werden können. Daher werden im letzten Teil dieser Arbeit ein Peer-to-Peer Netzwerk sowie ein Replikationsverfahren vorgestellt, die die Grundlage für einen sicheren und verlässlichen Peer-to-Peer-basierten Datenspeicher bilden

Research routing and MAC based on LEACH and S-MAC for energy efficiency and QoS in wireless sensor network

The wireless sensor is a micro-embedded device with weak data processing capability and small storage space. These nodes need to complete complex jobs, including data monitoring, acquisition and conversion, and data processing. Energy efficiency should be considered as one of the important aspects of the Wireless Sensor Network (WSN) throughout architecture and protocol design. At the same time, supporting Quality of Service (QoS) in WSNs is a research field, because the time-sensitive and important information is expected for the transmitting to to the sink node immediately. The thesis is supported by the projects entitled “The information and control system for preventing forest fires”, and “The Erhai information management system”, funded by the Chinese Government. Energy consumption and QoS are two main objectives of the projects. The thesis discusses the two aspects in route and Media Access Control (MAC). For energy efficiency, the research is based on Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) protocol. LEACH is a benchmark clustering routing protocol which imposes upon cluster heads to complete a lot of aggregation and relay of messages to the base-station. However, there are limitations in LEACH. LEACH does not suit a wide area in clustering strategy and multi-hop routing. Moreover, routing protocols only focus on one factor, combining the clustering strategy and multi-hop routing mechanism were not considered in routing protocol for performance of network. QoS is supported by the MAC and routing protocol. Sensor MAC(S-MAC) makes the use of the periodically monitoring / sleeping mechanism, as well as collision and crosstalk avoidance mechanism. The mechanism reduces energy costs. Meanwhile, it supports good scalability and avoids the collision. However, the protocols do not take the differentiated services. For supporting QoS,A new route protocol needs to be designed and realized on embed platforms, which has WIFI mode and a Linux operation system to apply on the actual system. This research project was conducted as following the steps: A new protocol called RBLEACH is proposed to solve cluster on a widely scale based on LEACH. The area is divided into a few areas, where LEACH is improved to alter the selecting function in each area. RBLEACH creates routes selected by using a new algorithm to optimize the performance of the network. A new clustering method that has been developed to use several factors is PS-ACO-LEACH. The factors include the residual energy of the cluster head and Euclidean distances between cluster members and a cluster head. It can optimally solve fitness function and maintain a load balance in between the cluster head nodes, a cluster head and the base station. Based on the “Ant Colony” algorithm and transition of probability, a new routing protocol was created by “Pheromone” to find the optimal path of cluster heads to the base station. This protocol can reduce energy consumption of cluster heads and unbalanced energy consumption. Simulations prove that the improved protocol can enhance the performance of the network, including lifetime and energy conservation. Additionally, Multi Index Adaptive Routing Algorithm (MIA-QR) was designed based on network delay, packet loss rate and signal strength for QoS. The protocol is achieved by VC on an embedded Linux system. The MIA-QR is tested and verified by experiment and the protocol is to support QoS. Finally, an improved protocol (SMAC -SD) for wireless sensor networks is proposed, in order to solve the problem of S-MAC protocol that consider either service differentiation or ensure quality of service. According to service differentiation, SMAC-SD adopts an access mechanism based on different priorities including the adjustment of priority mechanisms of channel access probability, channel multi-request mechanisms and the configuring of waiting queues with different priorities and RTS backoff for different service, which makes the important service receive high channel access probability, ensuring the transmission quality of the important service. The simulation results show that the improved protocol is able to gain amount of important service and shortens the delay at the same time. Meanwhile, it improves the performance of the network effectivel

Optimisation de la consommation d'énergie par la prise en compte de la redondance de mesure dans les réseaux de capteurs

Les réseaux de capteurs sans fil sont utilisés aujourd'hui dans de nombreuses applications qui incluent notamment : la domotique, la santé, le domaine militaire ou encore la surveillance de phénomènes environnementaux. Toutefois, le dénominateur commun de toutes les applications de réseaux de capteurs reste la limite des capteurs en raison de leurs ressources matérielles limitées dont la plus contraignante est l'énergie. Cette thèse a pour objectif d'étudier les techniques permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de capteurs sans fil denses. Deux nouvelles techniques sont proposées. La première approche développée dans cette thèse concerne la conservation d'énergie fondée sur redondance de mesure. Le protocole proposé MR-LEACH (Measurement Redundancy aware LEACH) s'adresse à la problématique posée par l'absence de gestion efficace d'énergie au sein des grands réseaux de capteurs hiérarchiques. MR-LEACH est une extension du protocole LEACH bien connue pour améliorer la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs. En plus de la formation du cluster selon le protocole LEACH, les nœuds sont regroupes en tenant compte de leur redondance et un seul nœud transmet à la fois les données dans chaque groupe redondant. Cette méthode a les avantages de présenter une faible consommation d'énergie, d'accroître la durée de vie du réseau et de réduire le délai de bout en bout. Le protocole OER (Optimization of Energy based on Redundancy) est la seconde contribution de cette thèse. L'objectif est double. Nous proposons tout d'abord une méthode de partitionnement de réseaux de capteurs fondée sur les modèles de détection. Les modèles de détection estiment la manière dont un nœud est capable de détecter les phénomènes. Il s'agit ensuite de proposer un algorithme de recherche d'un partitionnement optimal. Nous nous sommes focalises sur la variation d'une fonction objectif. OER détermine si un partitionnement obtenu est meilleur pour minimiser la fonction objectif. Par la suite, l'impact de la recherche de solution optimale sur la durée de vie du réseau à été étudiée.Wireless Sensor Networks (WSN) are used today in many applications that differ in their own objectives and specific constraints. The application areas for wireless sensor networks are various: home automations, health care services, military domain, and environment monitoring. However the common challenge in designing WSN applications comes from the specific constraints of sensors because of their limited physical resources such as weak computational capability, small memory capacity and especially limited battery lifetime. This thesis aims to develop techniques to improve the energy efficiency of dense wireless sensor networks. Two new techniques are proposed. The first approach developed in this thesis concerns the energy conservation based on measurement redundancy. The proposed MR-LEACH (Measurement Redundancy aware LEACH) protocol address the main issue resulting from the absence of a energy efficient management within the large hierarchical wireless Sensor networks. MR-LEACH is an extension to the well-known LEACH protocol to improve energy consumption in cluster-based WSNs. In addition to cluster formation according to LEACH protocol, the nodes are grouped taking into account their redundancy and only a single node transmits data in each redundant group. This method have the advantages of presenting a low energy consumption, increasing the network lifetime and decreasing the end-to-end delay. OER (Optimization of Energy based on Redundancy) protocol is the second contribution of this thesis. There are two main objectives. Firstly, we propose a partitioning method for sensor networks based on sensing models. Sensing models estimate the manner in which a node is able to detect the phenomena. Secondly, we propose a search algorithm for finding an optimal partitioning. We focused on the variation of an objective function. OER determines whether a partitioning obtained is best to minimize the objective function. Thereafter, the impact of optimal solution search on network lifetime has been investigated

Intelligent Sensor Networks

In the last decade, wireless or wired sensor networks have attracted much attention. However, most designs target general sensor network issues including protocol stack (routing, MAC, etc.) and security issues. This book focuses on the close integration of sensing, networking, and smart signal processing via machine learning. Based on their world-class research, the authors present the fundamentals of intelligent sensor networks. They cover sensing and sampling, distributed signal processing, and intelligent signal learning. In addition, they present cutting-edge research results from leading experts

Actas da 10ª Conferência sobre Redes de Computadores

Universidade do MinhoCCTCCentro AlgoritmiCisco SystemsIEEE Portugal Sectio

Modeling and acceleration of content delivery in world wide web

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Calibración de un algoritmo de detección de anomalías marítimas basado en la fusión de datos satelitales

La fusión de diferentes fuentes de datos aporta una ayuda significativa en el proceso de toma de decisiones. El presente artículo describe el desarrollo de una plataforma que permite detectar anomalías marítimas por medio de la fusión de datos del Sistema de Información Automática (AIS) para seguimiento de buques y de imágenes satelitales de Radares de Apertura Sintética (SAR). Estas anomalías son presentadas al operador como un conjunto de detecciones que requieren ser monitoreadas para descubrir su naturaleza. El proceso de detección se lleva adelante primero identificando objetos dentro de las imágenes SAR a través de la aplicación de algoritmos CFAR, y luego correlacionando los objetos detectados con los datos reportados mediante el sistema AIS. En este trabajo reportamos las pruebas realizadas con diferentes configuraciones de los parámetros para los algoritmos de detección y asociación, analizamos la respuesta de la plataforma y reportamos la combinación de parámetros que reporta mejores resultados para las imágenes utilizadas. Este es un primer paso en nuestro objetivo futuro de desarrollar un sistema que ajuste los parámetros en forma dinámica dependiendo de las imágenes disponibles.XVI Workshop Computación Gráfica, Imágenes y Visualización (WCGIV)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI