Fast and reliable robot deployment for substitution networks

International audienceIn this paper, we propose an algorithm to efficiently (re)-deploy the wireless mobile routers of a substitution network by considering the energy consumption, a fast deployment scheme and a mix of the network metric. We consider a scenario where we have two routers in a fixed network and where connectivity must be restored between those two routers with a wireless mobile router. The main objective of the wireless mobile router is to increase the communication performance such as the throughput by acting as relay node between the two routers of the fixed network. We present a fast, adaptive and localized approach which takes into account different network metrics such as Received Signal Strength (RSS), Round-Trip Time (RTT) and the Transmission Rate, between the wireless mobile router and the two routers of the fixed network. Our method ameliorates the performance of our previous approach from the literature by shortening the deployment time, increasing the throughput, and consuming less energy in some specific cases

A Framework and Classification for Fault Detection Approaches in Wireless Sensor Networks with an Energy Efficiency Perspective

Wireless Sensor Networks (WSNs) are more and more considered a key enabling technology for the realisation of the Internet of Things (IoT) vision. With the long term goal of designing fault-tolerant IoT systems, this paper proposes a fault detection framework for WSNs with the perspective of energy efficiency to facilitate the design of fault detection methods and the evaluation of their energy efficiency. Following the same design principle of the fault detection framework, the paper proposes a classification for fault detection approaches. The classification is applied to a number of fault detection approaches for the comparison of several characteristics, namely, energy efficiency, correlation model, evaluation method, and detection accuracy. The design guidelines given in this paper aim at providing an insight into better design of energy-efficient detection approaches in resource-constraint WSNs

Contribution to the design of VANET routing protocols for realistic urban environments

One of the main concerns of the cities' administration is mobility management. In Intelligent Transportation Systems (ITS), pedestrians, vehicles and public transportation systems could share information and react to any situation in the city. The information sensed by vehicles could be useful for other vehicles and for the mobility authorities. Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) make possible the communication between vehicles (V2I) and also between vehicles and fixed infrastructure (V2I) managed by the city's authorities. In addition, VANET routing protocols minimize the use of fixed infrastructure since they employ multi-hop V2V communication to reach reporting access points of the city. This thesis aims to contribute in the design of VANET routing protocols to enable reporting services (e.g., vehicular traffic notifications) in urban environments. The first step to achieve this global objective has been the study of components and tools to mimic a realistic VANET scenario. Moreover, we have analyzed the impact of the realism of each one of those components in the simulation results. Then, we have improved the Address Resolution procedure in VANETs by including it in the routing signaling messages. Our approach simplifies the VANET operation and increases the packet delivery ratio as consequence. Afterwards, we have tackled the issue of having duplicate packets in unicast communications and we have proposed routing filters to lower their presence. This way we have been able to increase the available bandwidth and reduce the average packet delay with a slight increase of the packet losses. Besides, we have proposed a Multi-Metric Map aware routing protocol (MMMR) that incorporates four routing metrics (distance, trajectory, vehicle density and available bandwidth) to take the forwarding decisions. With the aim of increasing the number of delivered packets in MMMR, we have developed a Geographical Heuristic Routing (GHR) algorithm. GHR integrates Tabu and Simulated Annealing heuristic optimization techniques to adapt its behavior to the specific scenario characteristics. GHR is generic because it could use any geographical routing protocol to take the forwarding decisions. Additionally, we have designed an easy to implement forwarding strategy based on an extended topology information area of two hops, called 2-hops Geographical Anycast Routing (2hGAR) protocol. Results show that controlled randomness introduced by GHR improves the default operation of MMMR. On the other hand, 2hGAR presents lower delays than GHR and higher packet delivery ratio, especially in high density scenarios. Finally, we have proposed two mixed (integer and linear) optimization models to detect the best positions in the city to locate the Road Side Units (RSUs) which are in charge of gathering all the reporting information generated by vehicles.Una de las principales preocupaciones en la administración de las ciudades es la gestión de la movilidad de sus vehículos, debido a los problemas de tráfico como atascos y accidentes. En los sistemas inteligentes de transporte (SIT), peatones, vehículos y transporte público podrán compartir información y adaptarse a cualquier situación que suceda en la ciudad. La información obtenida por los sensores de los vehículos puede ser útil para otros vehículos y para las autoridades de movilidad. Las redes ad hoc vehiculares (VANETs) hacen posible la comunicación entre los propios vehículos (V2V) y entre vehículos y la infraestructura fija de la red de la ciudad (V2I). Asimismo, los protocolos de encaminamiento para redes vehiculares minimizan el uso de infraestructura fija de red, ya que los protocolos de encaminamiento VANET emplean comunicaciones multisalto entre vehículos para encaminar los mensajes hasta los puntos de acceso de la red en la ciudad. El objetivo de esta tesis doctoral es contribuir en el diseño de protocolos de encaminamiento en redes ad hoc vehiculares para servicios de notificaciones (p.ej. reportes del estado del tráfico) en entornos urbanos. El primer paso para alcanzar este objetivo general ha sido el estudio de componentes y herramientas para simular un escenario realista de red ad hoc vehicular. Además, se ha analizado el impacto del nivel de realismo de cada uno de los componentes de simulación en los resultados obtenidos. Así también, se ha propuesto un mecanismo de resolución de direcciones automático y coherente para redes VANET a través del uso de los propios mensajes de señalización de los protocolos de encaminamiento. Esta mejora simplifica la operación de una red ad hoc vehicular y como consecuencia aumenta la tasa de recepción de paquetes. A continuación, se ha abordado el problema de la aparición inesperada de paquetes de datos duplicados en una comunicación punto a punto. Para ello, se ha propuesto el filtrado de paquetes duplicados a nivel del protocolo de encaminamiento. Esto ha producido un incremento del ancho disponible en el canal y una reducción del retardo medio en la trasmisión de un paquete, a costa de un mínimo aumento de la pérdida de paquetes. Por otra parte, hemos propuesto un protocolo de encaminamiento multi-métrica MMMR (Multi-Metric Map-aware Routing protocol), el cual incorpora cuatro métricas (distancia al destino, trayectoria, densidad de vehículos y ancho de banda) en las decisiones de encaminamiento. Con el objetivo de aumentar la tasa de entrega de paquetes en MMMR, hemos desarrollado un algoritmo heurístico de encaminamiento geográfico denominado GHR (Geographical Heuristic Routing). Esta propuesta integra las técnicas de optimización Tabu y Simulated Annealing, que permiten a GHR adaptarse a las características específicas del escenario. Adicionalmente, hemos propuesto 2hGAR (2-hops Geographical Anycast Routing), un protocolo de encaminamiento anycast que emplea información de la topología de red a dos saltos de distancia para tomar la decisión de encaminamiento de los mensajes. Los resultados muestran que la aleatoriedad controlada de GHR en su operación mejora el rendimiento de MMMR. Asimismo, 2hGAR presenta retardos de paquete menores a los obtenidos por GHR y una mayor tasa de paquetes entregados, especialmente en escenarios con alta densidad de vehículos. Finalmente, se han propuesto dos modelos de optimización mixtos (enteros y lineales) para detectar los mejores lugares de la ciudad donde ubicar los puntos de acceso de la red, los cuales se encargan de recolectar los reportes generados por los vehículos.Postprint (published version

Simulating Opportunistic Networks: Survey and Future Directions

(c) 2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other users, including reprinting/ republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted components of this work in other works[EN] Simulation is one of the most powerful tools we have for evaluating the performance of opportunistic networks (OppNets). In this paper, we focus on available tools and mod- els, compare their performance and precision and experimentally show the scalability of different simulators. We also perform a gap analysis of state-of-the-art OppNet simulations and sketch out possible further development and lines of research. This paper is targeted at students starting work and research in this area while also serving as a valuable source of information for experienced researchers.This work was supported in part by the Ministerio de Economia y Competitividad, Programa Estatal de Investigacion, Desarrollo e Innovacion Orientada a los Retos de la Sociedad, Proyectos I+D+I 2014, Spain, under Grant TEC2014-52690-R, in part by the Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabi, and in part by the Secretaria Nacional de Educacion Superior, Ciencia, Tecnologia e Innovacion, Ecuador. (Corresponding author: Jens Dede.)Dede, J.; Förster, A.; Hernández-Orallo, E.; Herrera-Tapia, J.; Kuladinithi, K.; Kuppusamy, V.; Manzoni, P.... (2018). Simulating Opportunistic Networks: Survey and Future Directions. IEEE Communications Surveys & Tutorials. 20(2):1547-1573. https://doi.org/10.1109/COMST.2017.2782182S1547157320

Contribution to the improvement of the performance of wireless mesh networks providing real time services

Nowadays, people expectations for ubiquitous connectivity is continuously growing. Cities are now moving towards the smart city paradigm. Electricity companies aims to become part of smart grids. Internet is no longer exclusive for humans, we now assume the Internet of everything. We consider that Wireless Mesh Networks (WMNs) have a set of valuable features that will make it an important part of such environments. WMNs can also be use in less favored areas thanks to their low-cost deployment. This is socially relevant since it facilitates the digital divide reduction and could help to improve the population quality of life. Research and industry have been working these years in open or proprietary mesh solutions. Standardization efforts and real deployments establish a solid starting point.We expect that WMNs will be a supporting part for an unlimited number of new applications from a variety of fields: community networking, intelligent transportation systems, health systems, public safety, disaster management, advanced metering, etc. For all these cases, the growing needs of users for real-time and multimedia information is currently evident. On this basis, this thesis proposes a set of contributions to improve the performance of an application service of such type and to promote the better use of two critical resources (memory and energy) of WMNs.For the offered service, this work focuses on a Video on Demand (VoD) system. One of the requirements of this system is the high capacity support. This is mainly achieved by distributing the video contents among various distribution points which in turn consist of several video servers. Each client request that arrives to such video server cluster must be handled by a specific server in a way that the load is balanced. For such task, this thesis proposes a mechanism to appropriately select a specific video server such that the transfer time at the cluster could be minimized.On the other hand, mesh routers that creates the mesh backbone are equipped with multiple interfaces from different technologies and channel types. An important resource is the amount of memory intended for buffers. The quality of service perceived by the users are largely affected by the size of such buffers. This is because important network performance parameters such as packet loss probability, delay, and channel utilization are highly affected by the buffer sizes. An efficient use of memory for buffering, in addition to facilitate the mesh devices scalability, also prevents the problems associated with excessively large buffers. Most of the current works associate the buffer sizing problem with the dynamics of TCP congestion control mechanism. Since this work focuses on real time services, in which the use of TCP is unfeasible, this thesis proposes a dynamic buffer sizing mechanism mainly dedicated for such real time flows. The approach is based on the maximum entropy principle and allows that each device be able to dynamically self-configure its buffers to achieve more efficient memory utilization. The proper performance of the proposal has been extensively evaluated in wired and wireless interfaces. Classical infrastructure-based wireless and multi-hop mesh interfaces have been considered. Finally, when the WMN is built by the interconnection of user hand-helds, energy is a limited and scarce resource, and therefore any approach to optimize its use is valuable. For this case, this thesis proposes a topology control mechanism based on centrality metrics. The main idea is that, instead of having all the devices executing routing functionalities, just a subset of nodes are selected for this task. We evaluate different centralities, form both centralized and distributed perspectives. In addition to the common random mobility models we include the analysis of the proposal with a socially-aware mobility model that generates networks with a community structure.Actualmente las expectativas de las personas de una conectividad ubicua están creciendo. Las ciudades están trabajando para alcanzar el paradigma de ciudades inteligentes. Internet ha dejado de ser exclusivo de las personas y ahora se asume el Internet de todo. Las redes inalámbricas de malla (WMNs) poseen un valioso conjunto de características que las harán parte importante de tales entornos. Las WMNs pueden utilizarse en zonas menos favorecidas debido a su despliegue económico. Esto es socialmente relevante ya que facilita la reducción de la brecha digital y puede ayudar a mejorar la calidad de vida de la población. Los esfuerzos de estandarización y los despliegues de redes reales establecen un punto de partida sólido.Se espera entonces, que las WMNs den soporte a un número importante de nuevas aplicaciones y servicios, de una variedad de campos: redes comunitarias, sistemas de transporte inteligente, sistemas de salud y seguridad, operaciones de rescate y de emergencia, etc. En todos estos casos, es evidente la necesidad de disponer de información multimedia y en tiempo real. En base a estos precedentes, esta tesis propone un conjunto de contribuciones para mejorar el funcionamiento de un servicio de este tipo y promover un uso eficiente de dos recursos críticos (memoria y energía) de las WMNs.Para el servicio ofrecido, este trabajo se centra en un sistema de video bajo demanda. Uno de los requisitos de estos sistemas es el de soportar capacidades elevadas. Esto se consigue principalmente distribuyendo los contenidos de video entre diferentes puntos de distribución, los cuales a su vez están formados por varios servidores. Cada solicitud de un cliente que llega a dicho conjunto de servidores debe ser manejada por un servidor específico, de tal forma que la carga sea balanceada. Para esta tarea, esta tesis propone un mecanismo que selecciona apropiadamente un servidor de tal manera que el tiempo de transferencia del sistema sea minimizado.Por su parte, los enrutadores de malla que crean la red troncal están equipados con múltiples interfaces de diferentes tecnologías y tipos de canal. Un recurso muy importante para éstos es la memoria destinada a sus colas. La calidad de servicio percibida por los usuarios está altamente influenciada por el tamaño de las colas. Esto porque parámetros importantes del rendimiento de la red como la probabilidad de pérdida de paquetes, el retardo, y la utilización del canal se ven afectados por dicho tamaño. Un uso eficiente de tal memoria, a más de facilitar la escalabilidad de los equipos, también evita los problemas asociados a colas muy largas. La mayoría de los trabajos actuales asocian el problema de dimensionamiento de las colas con la dinámica del mecanismo de control de congestión de TCP. Debido a que este trabajo se enfoca en servicios en tiempo real, en los cuales no es factible usar TCP, esta tesis propone un mecanismo de dimensionamiento dinámico de colas dedicado principalmente a flujos en tiempo real. La propuesta está basada en el principio de máxima entropía y permite que los dispositivos sean capaces de auto-configurar sus colas y así lograr un uso más eficiente de la memoria. Finalmente, cuando la WMN se construye a través de la interconexión de los dispositivos portátiles, la energía es un recurso limitado y escaso, y cualquier propuesta para optimizar su uso es muy valorada. Para esto, esta tesis propone un mecanismo de control de topología basado en métricas de centralidad. La idea principal es que en lugar de que todos los dispositivos realicen funciones de enrutamiento, solo un subconjunto de nodos es seleccionado para esta tarea. Se evalúan diferentes métricas, desde una perspectiva centralizada y otra distribuida. A más de los modelos aleatorios clásicos de movilidad, se incluye el análisis de la propuesta con modelos de movilidad basados en información social que toman en cuenta el comportamiento humano y generan redes con una clara estructura de comunidade

Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks

This book presents collective works published in the recent Special Issue (SI) entitled "Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks”. These works expose the readership to the latest solutions and techniques for MANETs and VANETs. They cover interesting topics such as power-aware optimization solutions for MANETs, data dissemination in VANETs, adaptive multi-hop broadcast schemes for VANETs, multi-metric routing protocols for VANETs, and incentive mechanisms to encourage the distribution of information in VANETs. The book demonstrates pioneering work in these fields, investigates novel solutions and methods, and discusses future trends in these field

Distributed Data Management in Vehicular Networks Using Mobile Agents

En los últimos años, las tecnologías de la información y las comunicaciones se han incorporado al mundo de la automoción gracias a sus avances, y han permitido la creación de dispositivos cada vez más pequeños y potentes. De esta forma, los vehículos pueden ahora incorporar por un precio asequible equipos informáticos y de comunicaciones.En este escenario, los vehículos que circulan por una determinada zona (como una ciudad o una autopista) pueden comunicarse entre ellos usando dispositivos inalámbricos que les permiten intercambiar información con otros vehículos cercanos, formando así una red vehicular ad hoc, o VANET (Vehicular Ad hoc Network). En este tipo de redes, las comunicaciones se establecen con conexiones punto a punto por medio de dispositivos tipo Wi-Fi, que permiten la comunicación con otros del mismo tipo dentro de su alcance, sin que sea necesaria la existencia previa de una infraestructura de comunicaciones como ocurre con las tecnologías de telefonía móvil (como 3G/4G), que además requieren de una suscripción y el pago de una tarifa para poder usarlas.Cada vehículo puede enviar información y recibirla de diversos orígenes, como el propio vehículo (por medio de los sensores que lleva incorporados), otros vehículos que se encuentran cerca, así como de la infraestructura de tráfico presente en las carreteras (como semáforos, señales, paneles electrónicos de información, cámaras de vigilancia, etc.). Todos estas fuentes pueden transmitir datos de diversa índole, como información de interés para los conductores (por ejemplo, atascos de tráfico o accidentes en la vía), o de cualquier otro tipo, mientras sea posible digitalizarla y enviarla a través de una red.Todos esos datos pueden ser almacenados localmente en los ordenadores que llevan los vehículos a medida que son recibidos, y sería muy interesante poder sacarles partido por medio de alguna aplicación que los explotara. Por ejemplo, podrían utilizarse los vehículos como plataformas móviles de sensores que obtengan datos de los lugares por los que viajan. Otro ejemplo de aplicación sería la de ayudar a encontrar plazas de aparcamiento libres en una zona de una ciudad, usando la información que suministrarían los vehículos que dejan una plaza libre.Con este fin, en esta tesis se ha desarrollado una propuesta de la gestión de datos basada en el uso de agentes móviles para poder hacer uso de la información presente en una VANET de forma eficiente y flexible. Esta no es una tarea trivial, ya que los datos se encuentran dispersos entre los vehículos que forman la red, y dichos vehículos están constantemente moviéndose y cambiando de posición. Esto hace que las conexiones de red establecidas entre ellos sean inestables y de corta duración, ya que están constantemente creándose y destruyéndose a medida que los vehículos entran y salen del alcance de sus comunicaciones debido a sus movimientos.En un escenario tan complicado, la aproximación que proponemos permite que los datos sean localizados, y que se puedan hacer consultas sobre ellos y transmitirlos de un sitio cualquiera de la VANET a otro, usando estrategias multi-salto que se adaptan a las siempre cambiantes posiciones de los vehículos. Esto es posible gracias a la utilización de agentes móviles para el procesamiento de datos, ya que cuentan con una serie de propiedades (como su movilidad, autonomía, adaptabilidad, o inteligencia), que hace que sean una elección muy apropiada para este tipo de entorno móvil y con un elevado grado de incertidumbre.La solución propuesta ha sido extensamente evaluada y probada por medio de simulaciones, que demuestran su buen rendimiento y fiabilidad en redes vehiculares con diferentes condiciones y en diversos escenarios.<br /