Deploying public surface transit to forward messages in DTN

Delay Tolerant Network (DTN) is a communication architecture enabling connectivity in a topology with unregular end-to-end network connection. DTN enables communication in environments with cross-connectivity, large delays and delivery time variations, and a high error rate. DTN can be used in vehicular networks where public transport get involved. This research aims to analyze the role of public transit as a DTN routing infrastructure. The impact of using public transit as a relay router is investigated by referencing the network performance, defined by its delivery ratio, average delay and overhead. The results show that public transit can be used as a backbone for DTN in an urban scenario using existing protocols. This opens insights for future researches on routing algorithm and protocol design.

Simulació d'escenaris de xarxa DTN amb NS-2

En aquest projecte es presenta un escenari de xarxa DTN. Aquest escenari té una serie de problemes que dificulten l’encaminament. Al projecte s’ha proposat un protocol d’encaminament que permet superar aquestes dificultats. Per realitzar això ha estat necessari estudiar i adquirir un coneixement profund sobre el funcionament dels protocols de xarxes DTN. Per demostrar que aquesta proposta solucionava els problemes es presenta l’anàlisi dels resultats d’aplicar el protocol a l’escenari, aquests resultats s’han obtingut amb l’eina de simulació de xarxes NS-2.

Agents mòbils i DTN: disseny i implementació d'un protocol d'encaminament en l'entorn PROSES

En aquest projecte s’ha treballat en l’entorn PROSES, on aeroports i avions de l’espai aeri són mules de transport sobre una xarxa DTN. L’objectiu principal és estudiar i simular dos escenaris concrets: l’enviament de notícies des de les torres de control als avions, i l’enviament de canvis de rutes de vol dels avions a un aeroport en qüestió. S’ha simulat el comportament de dos protocols d’encaminament diferents sobre els escenaris creats. Per a realitzar les proves s’ha utilitzat el simulador The ONE, s’ha implementat un nou protocol d’encaminament, s’ha creat un Generador de Mapes i Rutes, i s’han realitzat amb èxit les simulacions.

Erasure error correcting codes applied to DTN communications.

The space environment has always been one of the most challenging for communications, both at physical and network layer. Concerning the latter, the most common challenges are the lack of continuous network connectivity, very long delays and relatively frequent losses. Because of these problems, the normal TCP/IP suite protocols are hardly applicable. Moreover, in space scenarios reliability is fundamental. In fact, it is usually not tolerable to lose important information or to receive it with a very large delay because of a challenging transmission channel. In terrestrial protocols, such as TCP, reliability is obtained by means of an ARQ (Automatic Retransmission reQuest) method, which, however, has not good performance when there are long delays on the transmission channel. At physical layer, Forward Error Correction Codes (FECs), based on the insertion of redundant information, are an alternative way to assure reliability. On binary channels, when single bits are flipped because of channel noise, redundancy bits can be exploited to recover the original information. In the presence of binary erasure channels, where bits are not flipped but lost, redundancy can still be used to recover the original information. FECs codes, designed for this purpose, are usually called Erasure Codes (ECs). It is worth noting that ECs, primarily studied for binary channels, can also be used at upper layers, i.e. applied on packets instead of bits, offering a very interesting alternative to the usual ARQ methods, especially in the presence of long delays. A protocol created to add reliability to DTN networks is the Licklider Transmission Protocol (LTP), created to obtain better performance on long delay links. The aim of this thesis is the application of ECs to LTP.

DTN discovery and routing: from space applications to terrestrial networks.

L'argomento di questa tesi è l'architettura di rete Delay-/Disruption-Tolerant Networking (DTN), progettata per operare nelle reti “challenged”, dove la suite di protocolli TCP/IP risulta inefficace a causa di lunghi ritardi di propagazione del segnale, interruzioni e disturbi di canale, ecc. Esempi di reti “challenged” variano dalle reti interplanetarie alle Mobile Ad-Hoc Networks (MANETs). Le principali implementazioni dell'architettura DTN sono DTN2, implementazione di riferimento, e ION, sviluppata da NASA JPL per applicazioni spaziali. Una grande differenza tra reti spaziali e terrestri è che nello spazio i movimenti dei nodi sono deterministici, mentre non lo sono per i nodi mobili terrestri, i quali generalmente non conoscono la topologia della rete. Questo ha portato allo sviluppo di diversi algoritmi di routing: deterministici per le reti spaziali e opportunistici per quelle terrestri. NASA JPL ha recentemente deciso di estendere l'ambito di applicazione di ION per supportare anche scenari non deterministici. Durante la tesi, svolta presso NASA JPL, mi sono occupato di argomenti diversi, tutti finalizzati a questo obiettivo. Inizialmente ho testato la nuova implementazione dell'algoritmo IP Neighbor Discovery (IPND) di ION, corretti i bug e prodotta la documentazione ufficiale. Quindi ho contribuito ad integrare il Contact Graph Routing (CGR) di ION nel simulatore DTN “ONE” utilizzando la Java Native Interface (JNI) come ponte tra il codice Java di ONE e il codice C di ION. In particolare ho adattato tutte le librerie di ION necessarie per far funzionare CGR all'interno dell'ambiente di ONE. Infine, dopo aver analizzato un dataset di tracce reali di nodi mobili, ho contribuito a progettare e a sviluppare OCGR, estensione opportunistica del CGR, quindi ne ho curato l'integrazione in ONE. I risultati preliminari sembrano confermare la validità di OCGR che, una volta messo a punto, può diventare un valido concorrente ai più rinomati algoritmi opportunistici.

Estensione dell'Abstraction Layer di DTNperf alle API di IBR-DTN

Sono dette “challenged networks” quelle reti in cui lunghi ritardi, frequenti partizionamenti e interruzioni, elevati tassi di errore e di perdita non consentono l’impiego dei classici protocolli di comunicazione di Internet, in particolare il TCP/IP. Il Delay-/Disruption-Tolerant Networking (DTN) è una soluzione per il trasferimento di dati attraverso queste reti. L’architettura DTN prevede l’introduzione, sopra il livello di trasporto, del cosiddetto “bundle layer”, che si occupa di veicolare messaggi, o bundle, secondo l’approccio store-and-forward: ogni nodo DTN conserva persistentemente un bundle finché non si presenta l’opportunità di inoltrarlo al nodo successivo verso la destinazione. Il protocollo impiegato nel bundle layer è il Bundle Protocol, le cui principali implementazioni sono tre: DTN2, l’implementazione di riferimento; ION, sviluppata da NASA-JPL e più orientata alle comunicazioni spaziali; IBR-DTN, rivolta soprattutto a dispositivi embedded. Ciascuna di esse offre API che consentono la scrittura di applicazioni in grado di inviare e ricevere bundle. DTNperf è uno strumento progettato per la valutazione delle prestazioni in ambito DTN. La più recente iterazione, DTNperf_3, è compatibile sia con DTN2 che con ION nella stessa versione del programma, grazie all’introduzione di un “Abstraction Layer” che fornisce un’unica interfaccia per l’interazione con le diverse implementazioni del Bundle Protocol e che solo internamente si occupa di invocare le API specifiche dell’implementazione attiva. Obiettivo della tesi è estendere l’Abstraction Layer affinché supporti anche IBR-DTN, cosicché DTNperf_3 possa essere impiegato indifferentemente su DTN2, ION e IBR DTN. Il lavoro sarà ripartito su tre fasi: nella prima esploreremo IBR DTN e le sue API; nella seconda procederemo all’effettiva estensione dell’Abstraction Layer; nella terza verificheremo il funzionamento di DTNperf a seguito delle modifiche, sia in ambiente esclusivamente IBR-DTN, sia ibrido.

Magnetoelectric effects in an organometallic quantum magnet

Metal-organic materials constitute a new field in which to search for ferroelectricity and coupling between electricity and magnetism. We observe a magnetic field-induced change in the electric polarization, Delta P(H), that reaches 50 mu C/m(2) in single crystals of NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) (DTN). DTN forms a tetragonal structure that breaks inversion symmetry with the electrically polar thiourea molecules [SC(NH(2))] all tilted in the same direction along the c axis. The field H induces canted antiferromagnetism of the Ni S = 1 spins between 2 and 12 T and our measurements show that the electric polarization increases monotonically in this range, saturating above 12 T. By modeling the microscopic origin of this magnetoelectric effect, we find that the leading contribution to Delta P comes from the change in the crystal electric field, with a smaller contribution from magnetic exchange striction. The finite value of Delta P induced by magnetostriction results from the polar nature of the thiourea molecules bonded to the Ni atoms, and it is amplified by the softness of these organic molecules.

Character of magnetic excitations in a quasi-one-dimensional antiferromagnet near the quantum critical points: Impact on magnetoacoustic properties

We report results of magnetoacoustic studies in the quantum spin-chain magnet NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) (DTN) having a field-induced ordered antiferromagnetic (AF) phase. In the vicinity of the quantum critical points (QCPs) the acoustic c(33) mode manifests a pronounced softening accompanied by energy dissipation of the sound wave. The acoustic anomalies are traced up to T > T(N), where the thermodynamic properties are determined by fermionic magnetic excitations, the ""hallmark"" of one-dimensional (1D) spin chains. On the other hand, as established in earlier studies, the AF phase in DTN is governed by bosonic magnetic excitations. Our results suggest the presence of a crossover from a 1D fermionic to a three-dimensional bosonic character of the magnetic excitations in DTN in the vicinity of the QCPs.

Spin dynamics of NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) in the field-induced ordered phase

NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) (known as DTN) is a spin-1 material with a strong single-ion anisotropy that is regarded as a new candidate for Bose-Einstein condensation (BEC) of spin degrees of freedom. We present a systematic study of the low-energy excitation spectrum of DTN in the field-induced magnetically ordered phase by means of high-field electron spin resonance measurements at temperatures down to 0.45 K. We argue that two gapped modes observed in the experiment can be consistently interpreted within a four-sublattice antiferromagnet model with a finite interaction between two tetragonal subsystems and unbroken axial symmetry. The latter is crucial for the interpretation of the field-induced ordering in DTN in terms of BEC.

Bose-Einstein condensation in antiferromagnets close to the saturation field

At zero temperature and strong applied magnetic fields the ground state of an anisotropic antiferromagnet is a saturated paramagnet with fully aligned spins. We study the quantum phase transition as the field is reduced below an upper critical H(c2) and the system enters a XY-antiferromagnetic phase. Using a bond operator representation we consider a model spin-1 Heisenberg antiferromagnetic with single-ion anisotropy in hypercubic lattices under strong magnetic fields. We show that the transition at H(c2) can be interpreted as a Bose-Einstein condensation (BEC) of magnons. The theoretical results are used to analyze our magnetization versus field data in the organic compound NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) (DTN) at very low temperatures. This is the ideal BEC system to study this transition since H(c2) is sufficiently low to be reached with static magnetic fields (as opposed to pulsed fields). The scaling of the magnetization as a function of field and temperature close to H(c2) shows excellent agreement with the theoretical predictions. It allows us to obtain the quantum critical exponents and confirm the BEC nature of the transition at H(c2).

Serviço de correio eletrónico em ambiente marítimo utilizando redes tolerantes ao atraso

Delay Tolerant Network (DTN) é uma arquitetura de redes que procura resolver os problemas associados à conetividade intermitente de sistemas e possibilita a existência de comunicações em ambientes onde o conjunto de protocolos tradicionais TCP/IP não funciona. A arquitetura DTN é adequada a cenários com uma topologia de rede dinâmica, densidade de nós reduzida, conetividade intermitente e de curta duração entre os nós, e em que as aplicações são tolerantes ao atraso. Nesta dissertação é apresentada uma solução de baixo custo recorrendo ao conceito DTN que permite a utilizadores de embarcações utilizarem o serviço de correio eletrónico no mar. A solução estende o sistema de correio eletrónico ao cenário marítimo recorrendo a estações na costa, comunicação sem fios entre embarcações e entre estas e a estações na costa, e à capacidade das embarcações funcionarem como meios de transporte de dados. Para proceder à validação da proposta apresentada, foi implementado um protótipo com o sistema de correio eletrónico adaptado ao cenário marítimo. O protótipo é constituído por vários nós, configurados de forma a assumir o papel de embarcações, estação da costa e um servidor de e-mail presente na Internet. Os resultados dos testes experimentais realizados em ambiente controlado mostram que os objetivos do trabalho foram alcançados. O serviço de e-mail assente sobre a arquitetura DTN e adaptado ao cenário de comunicações marítimo foi testado em diferentes contextos, e em todos eles, as experiências tiveram resultados positivos.

Xarxes tolerants a endarreriments i interrupcions: desenvolupament d'un scheduler d'agents mòbils

En aquest projecte es proposa i s’implementa una nova forma de crear xarxes DTN (Delay-Tolerant Networks) mitjançant agents mòbils. Aquestes xarxes tenen la peculiaritat de ser tolerants a endarreriments i interrupcions, podent ser utilitzades en entorns on les xarxes actuals no es poden aplicar. Hem dissenyat mecanismes que permeten prendre decisions d’encaminament a nivell d’aplicació i mecanismes de priorització d’agents mitjançant informació d’alt nivell. Aquests mecanismes milloren les DTN fent-les més flexibles i efectives.

Information Mobility: Information Dissemination in Mobile Networks

En el nostre projecte, considerem un escenari urbà o interurbà on persones amb dispositius mòbils (smartphones) o vehicles equipats amb interfícies de comunicació, estan interessats en compartir fitxers entre ells o descarregar-los al creuar Punts d’Accés (APs) propers a la carretera. Estudiem la possibilitat d’utilizar la cooperació en les trobades casuals entre nodes per augmentar la velocitat de descàrrega global. Amb aquest objectiu, plantejem algoritmes per a la selecció de quins paquets, per a quins destins i quins transportistes s’escullen en cada moment. Mitjançant extenses simulacions, mostrem com les cooperacions carry&forward dels nodes augmenten significativament la velocitat de descàrrega dels usuaris, i com aquest resultat es manté per a diversos patrons de mobilitat, col•locacions d'AP i càrregues de la xarxa. Per altra banda, aparells com els smartphones, on la targeta de WiFi està encesa contínuament, consumeixen l'energia de la bateria en poques hores. En molts escenaris, una targeta WiFi sempre activa és poc útil, perque sovint no hi ha necessitat de transmissió o recepció. Aquest fet es veu agreujat en les Delay Tolerant Networks (DTN), on els nodes intercanvien dades quan es creuen i en tenen l’oportunitat. Les tècniques de gestió de l’estalvi d’energia permeten extendre la duració de les bateries. El nostre projecte analitza els avantatges i inconvenients que apareixen quan els nodes apaguen períodicament la seva targeta wireless per a estalviar energia en escenaris DTN. Els nostres resultats mostren les condicions en que un node pot desconnectar la bateria sense afectar la probabilitat de contacte amb altres nodes, i les condicions en que aquesta disminueix. Per exemple, es demostra que la vida del node pot ser duplicada mantenint la probabilitat de contacte a 1. I que aquesta disminueix ràpidament en intentar augmentar més la vida útil.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.