Predicting topology propagation messages in mobile ad hoc networks: The value of history

This research was funded by the Spanish Government under contracts TIN2016-77836-C2-1-R,TIN2016-77836-C2-2-R, and DPI2016-77415-R, and by the Generalitat de Catalunya as Consolidated ResearchGroups 2017-SGR-688 and 2017-SGR-990.The mobile ad hoc communication in highly dynamic scenarios, like urban evacuations or search-and-rescue processes, plays a key role in coordinating the activities performed by the participants. Particularly, counting on message routing enhances the communication capability among these actors. Given the high dynamism of these networks and their low bandwidth, having mechanisms to predict the network topology offers several potential advantages; e.g., to reduce the number of topology propagation messages delivered through the network, the consumption of resources in the nodes and the amount of redundant retransmissions. Most strategies reported in the literature to perform these predictions are limited to support high mobility, consume a large amount of resources or require training. In order to contribute towards addressing that challenge, this paper presents a history-based predictor (HBP), which is a prediction strategy based on the assumption that some topological changes in these networks have happened before in the past, therefore, the predictor can take advantage of these patterns following a simple and low-cost approach. The article extends a previous proposal of the authors and evaluates its impact in highly mobile scenarios through the implementation of a real predictor for the optimized link state routing (OLSR) protocol. The use of this predictor, named OLSR-HBP, shows a reduction of 40–55% of topology propagation messages compared to the regular OLSR protocol. Moreover, the use of this predictor has a low cost in terms of CPU and memory consumption, and it can also be used with other routing protocols.Peer ReviewedPostprint (published version

Orion Routing Protocol for Delay-Tolerant Networks

In this paper, we address the problem of efficient routing in delay tolerant network. We propose a new routing protocol dubbed as ORION. In ORION, only a single copy of a data packet is kept in the network and transmitted, contact by contact, towards the destination. The aim of the ORION routing protocol is twofold: on one hand, it enhances the delivery ratio in networks where an end-to-end path does not necessarily exist, and on the other hand, it minimizes the routing delay and the network overhead to achieve better performance. In ORION, nodes are aware of their neighborhood by the mean of actual and statistical estimation of new contacts. ORION makes use of autoregressive moving average (ARMA) stochastic processes for best contact prediction and geographical coordinates for optimal greedy data packet forwarding. Simulation results have demonstrated that ORION outperforms other existing DTN routing protocols such as PRoPHET in terms of end-to-end delay, packet delivery ratio, hop count and first packet arrival

Improving the Routing Layer of Ad Hoc Networks Through Prediction Techniques

Cada dia és més evident el paper clau que juguen la informàtica/computació mòbil i les tecnologies sense fils a les nostres activitats diàries. Estar sempre connectat, en qualsevol moment i lloc, és actualment més una necessitat que un luxe. Els escenaris de computació ubics creats en base a aquests avenços tecnològics, permeten a les persones proporcionar i consumir informació compartida. En aquests escenaris, les xarxes que donen suport a aquestes comunicacions són típicament sense fils i ad hoc. Les característiques dinàmiques i canviants de les xarxes ad hoc, fan que el treball realitzat per la capa d'enrutament tingui un gran impacte en el rendiment d'aquestes xarxes. És molt important que la capa d'enrutament reaccioni ràpidament als canvis que es produeixen, i fins i tot s'avanci als que es produiran en un futur proper, mitjançant l'aplicació de tècniques de predicció. Aquesta tesi investiga si les tècniques de predicció poden millorar la capa d'enrutament de les xarxes ad hoc. Com a primer pas en aquesta direcció, explorem la potencialitat d'una estratègia de Predictor-Basat-en-Història (HBP) per predir la Informació de Control Topològic (TCI) generada pels protocols d'enrutament. Demostrem que hi ha una gran oportunitat per predir TCI, i aquesta predicció pot centrar-se en un petit subconjunt de missatges. En base a les nostres troballes, implementem el predictor OLSR-HBP i l'avaluem respecte al protocol Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP aconsegueix disminucions importants de TCI (sobrecàrrega de senyalització), sense afectar el funcionament de la xarxa i necessita una quantitat de recursos petita i assequible. Finalment, en referència a l'impacte de la predicció en les dades d'enrutament tant de la informació de Qualitat d'Enllaç como de Ruta (o Extrem-a-Extrem), demostrem que l'Anàlisi de Sèries Temporals és un enfocament prometedor per predir amb precisió, tant la Qualitat d'Enllaç como la Qualitat d'Extrem a Extrem en Xarxes Comunitàries.Cada día es más evidente el papel clave que juegan la informática/computación móvil y las tecnologías inalámbricas en nuestras actividades diarias. Estar siempre conectado, en cualquier momento y lugar, es actualmente más una necesidad que un lujo. Los escenarios de computación ubicuos creados en base a estos avances tecnológicos, permiten a las personas proporcionar y consumir información compartida. En estos escenarios, las redes que dan soporte a estas comunicaciones son típicamente inalámbricas y ad hoc. Las características dinámicas y cambiantes de las redes ad hoc, hacen que el trabajo realizado por la capa de enrutamiento tenga un gran impacto en el rendimiento de estas redes. Es muy importante que la capa de enrutamiento reaccione rápidamente a los cambios que se producen, e incluso se adelante a los que sucederán en un futuro cercano, mediante la aplicación de técnicas de predicción. Esta tesis investiga si las técnicas de predicción pueden mejorar la capa de enrutamiento de las redes ad hoc. Como primer paso en esta dirección, exploramos la potencialidad de una estrategia de Predictor-Basado-en-Historia (HBP) para predecir la Información de Control Topológico (TCI) generada por los protocolos de enrutamiento. Demostramos que hay una gran oportunidad para predecir TCI, y esta predicción puede centrarse en un pequeño subconjunto de mensajes. En base a nuestros hallazgos, implementamos el predictor OLSR-HBP y lo evaluamos con respecto al protocolo Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP consigue disminuciones importantes de TCI (sobrecarga de señalización), sin afectar al funcionamiento de la red, y necesita una cantidad de recursos pequeña y asequible. Finalmente, en referencia al impacto de la predicción en los datos de enrutamiento tanto de la información de Calidad de Enlace como de Ruta (o Extremo-a-Extremo), demostramos que el Análisis de Series Temporales es un enfoque prometedor para predecir con precisión, tanto la Calidad de Enlace como la Calidad de Extremo a Extremo en Redes Comunitarias.Everyday becomes more evident the key role that mobile computing and wireless technologies play in our daily activities. Being always connected, anytime, and anywhere is today more a necessity than a luxury. The ubiquitous computing scenarios created based on these technology advances allow people to provide and consume shared information. In these scenarios, the supporting communication networks are typically wireless and ad hoc. The dynamic and changing characteristics of the ad hoc networks, makes the work done by the routing layer to have a high impact on the performance of these networks. It is very important for the routing layer to quickly react to changes that happen, and even be advanced to what will happen in the near future, by applying prediction techniques. This thesis investigates whether prediction techniques can improve the routing layer of ad hoc networks. As a first step in this direction, in this thesis we explored the potentiality of a History-Based Predictor (HBP) strategy to predict the Topology Control Information (TCI) generated by routing protocols. We demonstrated that there is a high opportunity for predicting theTCI, and this prediction can be just focused on a small subset of messages. Based on our findings we implemented the OLSR-HBP predictor and evaluated it with regard to the Optimized Link State Routing (OLSR) protocol. OLSR History-Based Predictor (OLSR-HBP) achieved important decreases of TCI (signaling overhead), without disturbing the network operation, and requiring a small and affordable amount of resources. Finally, regarding the impact of Prediction on the routing data for both Link and Path (or End-to-End) Quality information, we demonstrated that Time-series analysis is a promising approach to accurately predict both Link and End-to-End Quality in Community Networks