Energy efficient algorithm and DTN implementations in MANETs

Abstract

[ANGLÈS] Disaster and military communication scenarios are very challenging for today telecommunication technologies. The lack of infrastructure, the jamming and disconnections that present these scenarios requires improved or new technologies such as Mobile Ad-Hoc Network (MANET) or Delay Tolerant Networks (DTN) that allow reliable communications in such difficult environments. This thesis, which is divided in two main parts, addresses these topics and develops new technologies to improve MANETs and DTN. First, we present the Energy Efficient Algorithm, developed by Thales for enhancing MANETs lifetime, by improving the current topology distribution algorithm taking into account the remaining energy level of the nodes. This algorithm has been implemented and tested in the nodes of a MANET thanks to the OpenWRT framework, a free and open-source router firmware which facilitates the research, development and test of networking technologies. Secondly, the DTN technology is analyzed, implemented, improved and tested. The DTN technology was developed to cope with disconnections and high delays that are present in hostile scenario communications. However, the research and development in the DTN field is in a relatively early stage and features like Quality of Service are almost inexistent. To improve this situation, a QoS extension has been developed and implemented in the IBR-DTN implementation for OpenWRT. Finally, the results of both MANET and DTN technologies give us an idea about the importance of these technologies for nowadays communications. Moreover, we present suggestions for further improvements which could be useful to enhance the potential of these technologies.

[CASTELLÀ] Los escenarios de comunicaciones militares o de desastres son un verdadero reto para las tecnologías de telecomunicación actuales. La falta de infraestructuras, las interferencias o las desconexiones presentes en estos escenarios evidencian la necesidad de nuevas o mejores tecnologías como las Mobile ad-hoc networks (MANET) o las Delay tolerant network (DTN) que permiten un comunicación más robusta y fiable en este tipo de entornos complicados. Esta memoria, que se divide principalmente en dos partes, atiende estos problemas y desarrolla nuevas soluciones tecnológicas para mejorar las MANET y las DTN. En primer lugar se presenta el algoritmo de eficiencia energética, desarrollado por Thales para incrementar el tiempo de vida de la red de las MANET mediante la mejora del actual algoritmo de distribución de la topología, teniendo en cuenta el nivel de energía restante de los nodos de la red. Este algoritmo ha sido implementado y probado en los nodos de una MANET gracias a la infraestructura de software OpenWRT, un firmware de enrutador gratuito y de código abierto que facilita la investigación, el desarrollo y la experimentación de tecnologías de red. En segundo lugar, analizamos la tecnología DTN, además de implementarla, mejorarla y probarla. La tecnología DTN ha sido desarrollada para hacer frente a las desconexiones y a los grandes retardos que están presentes en los escenarios hostiles anteriormente mencionados. Sin embargo, la investigación y el desarrollo en el campo DTN se encuentra aún en una etapa relativamente temprana donde características como la Calidad de Servicio (CdS) en la red son prácticamente inexistentes. Para mejorar esta situación, una extensión de CdS para la aplicación IBR-DTN de OpenWRT ha sido desarrollada y testeada en el laboratorio. Finalmente, los resultados de las tecnologías MANET y DTN nos dan una idea de la importancia de las mismas para las comunicaciones de hoy en día. Además, presentamos unas sugerencias para futuras mejoras a desarrollar o implementar que podrían incrementar el potencial de estas tecnologías.

[CATALÀ] Els escenaris de comunicacions militars o de desastres són un veritable repte per a les tecnologies de telecomunicació actuals. La manca d'infraestructures, les interferències o les desconnexions presents en aquests escenaris evidencien la necessitat de noves o millors tecnologies com les Mobile ad-hoc networks (MANET) o les Delay tolerant networks (DTN) que permeten un comunicació més robusta i fiable en aquest tipus d'entorns complicats. Aquesta memòria, que es divideix principalment en dues parts, atén aquests problemes i desenvolupa noves solucions tecnològiques per millorar les MANET i les DTN. En primer lloc es presenta l'algorisme d'eficiència energètica, desenvolupat per Thales per incrementar el temps de vida de la xarxa de les MANET mitjançant la millora de l'actual algorisme de distribució de la topologia, tenint en compte el nivell d'energia restant dels nodes de la xarxa. Aquest algorisme ha estat implementat i provat en els nodes d'una MANET gràcies a la infraestructura de programari OpenWRT, un firmware de encaminador gratuït i de codi obert que facilita la recerca, el desenvolupament i l'experimentació de tecnologies de xarxa. En segon lloc, analitzem la tecnologia DTN, a més d'implementar-la, millorar-la i provar-la. La tecnologia DTN ha estat desenvolupada per fer front a les desconnexions i als grans retards que estan presents en els escenaris hostils anteriorment esmentats. No obstant això, la investigació i el desenvolupament en el camp DTN es troba encara en una etapa relativament primerenca on característiques com la Qualitat de Servei (QdS) a la xarxa són pràcticament inexistents. Per millorar aquesta situació, una extensió de QdS per a l'aplicació IBR-DTN d'OpenWRT ha estat desenvolupada i testada en el laboratori. Finalment, els resultats de les tecnologies MANET i DTN ens donen una idea de la importància de les mateixes per a les comunicacions d'avui en dia. A més, presentem uns suggeriments per a futures millores a desenvolupar o implementar que podrien incrementar el potencial d'aquestes tecnologies.