Mobile Ad hoc Networks (MANETs) are of great interest to researchers and have become very popular in the last few years. One of the great challenges is to provide a routing protocol that is capable of offering the shortest and most reliable path in a MANET in which users are moving continuously and have no base station to be used as a reference for their position. This thesis proposes some new routing protocols based on the angles (directions) of the adjacent mobile nodes and also the node density. In choosing the next node in forming a route, the neighbour node with the closest heading angle to that of the node of interest is selected, so the connection between the source and the destination consists of a series of nodes that are moving in approximately the same direction. The rationale behind this concept is to maintain the connection between the nodes as long as possible. This is in contrast to the well known hop count method, which does not consider the connection lifetime. We propose three enhancements and modifications of the Ad-hoc on demand distance vector (AODV) protocol that can find a suitable path between source and destination using combinations and prioritization of angle direction and hop count. Firstly, we consider that if there are multiple routing paths available, the path with the minimum hop count is selected and when the hop counts are the same the path with the best angle direction is selected. Secondly, if multiple routing paths are available the paths with the best angle direction are chosen but if the angles are the same (fall within the same specified segment), the path with minimum hop count is chosen. Thirdly, if there is more than one path available, we calculate the average of all the heading angles in every path and find the best one (lowest average) from the source to the destination. In MANETs, flooding is a popular message broadcasting technique so we also propose a new scheme for MANETS where the value of the rebroadcast packets for every host node is dynamically adjusted according to the number of its neighbouring nodes. A fixed probabilistic scheme algorithm that can dynamically adjust the rebroadcasting probability at a given node according to its ID is also proposed; Fixed probabilistic schemes are one of the solutions to reduce rebroadcasts and so alleviate the broadcast storm problem. Performance evaluation of the proposed schemes is conducted using the Global Mobile Information System (GloMoSim) network simulator and varying a number of important MANET parameters, including node speed, node density, number of nodes and number of packets, all using a Random Waypoint (RWP) mobility model. Finally, we measure and compare the performance of all the proposed approaches by evaluating them against the standard AODV routing protocol. The simulation results reveal that the proposed approaches give relatively comparable overall performance but which is better than AODV for almost all performance measures and scenarios examined.

Τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλή λόγω της αυξανόμενης χρήσης κινητών συσκευών. Οι κόμβοι αυτών των δικτύων μπορούν να κινούνται ελεύθερα στον χώρο, έχοντας ταυτόχρονα πολλαπλούς ρόλους αφού μπορούν να λάβουν και να στείλουν πληροφορία προερχόμενη από οποιοδήποτε πόρο του δικτύου. Αυτό σημαίνει ότι ένας κόμβος μπορεί να έχει το ρόλο του αποστολέα, του παραλήπτη και του αναμεταδότη. Η ικανότητα αυτών των δικτύων να αυτοπροσαρμόζονται και να δημιουργούν ένα συνεκτικό δίκτυο μέσω ασύρματων συνδέσεων, τα κάνει κατάλληλα για μια σειρά από εφαρμογές στις οποίες τα άλλα δίκτυα αποτυγχάνουν. Τέτοιες εφαρμογές περιλαμβάνουν τοπολογίες που στήνονται σε συνθήκες έκτακτης ανάγκης, δίκτυα αισθητήρων και γενικά τοπολογίες στις οποίες δεν υπάρχει προκαθορισμένη υποδομή ή η υποδομή που υπήρχε έχει καταστραφεί. Τα ασύρματα κινητά δίκτυα παρέχουν την ελευθερία στους κόμβους να κινηθούν ακόμα και μακρυά από σταθμούς βάσης ή και να αποσυνδεθούν προσωρινά από το υπόλοιπο δίκτυο, με αποτέλεσμα να καθιστούν δύσκολο το πρόβλημα της δρομολόγησης. Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης που έχουν αναπτυχθεί για τέτοιου τύπου δίκτυα επηρεάζουν άμεσα τα χαρακτηριστικά της μετάδοσης δεδομένων και την απόδοση των σχετικών εφαρμογών. Κάθε πρωτόκολλο έχει τη δική του στρατηγική δρομολόγησης έτσι ώστε να καταφέρει να συνδέσει δυο κινητούς κόμβους του δικτύου. Η απόδοση μεταβάλλεται ανάλογα με την κατάσταση του δικτύου και τις επικρατούσες συνθήκες όπως η πυκνότητα των κόμβων σε μια συγκεκριμένη περιοχή, η ταχύτητα και η κατεύθυνση τους. Είναι προφανές ότι η επιλογή του κατάλληλου πρωτοκόλλου δρομολόγησης ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους του δικτύου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Η ενσωμάτωση των κινητών συσκευών σε κινούμενα οχήματα έχει οδηγήσει σε έναν νέο τύπο δικτύων, τα ονομαζόμενα Ad Hoc δίκτυα οχημάτων ή Vehicular Ad hoc Networks (VANETs). Αυτά τα δίκτυα απαιτούν εξειδικευμένα πρωτόκολλα δρομολόγησης εξαιτίας της φύσης των κινητών Ad Hoc δικτύων. Η απόδοση αυτών των πρωτοκόλλων έχει αξιολογηθεί για την περίπτωση της γενικευμένης κίνησης αλλά όχι υπό το πρίσμα της μετάδοσης πολυμέσων και ειδικότερα της μετάδοσης βίντεο. Αρχικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η πραγματοποίηση ενός συνόλου από εξομοιώσεις με στόχο την αξιολόγηση της απόδοσης των τριών από τα πιο δημοφιλή πρωτόκολλα δρομολόγησης για τα κινητά Ad Hoc δίκτυα MANETs και VANETs: AODV, DSR, και OLSR. Ο σκοπός της αξιολόγησης είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των πρωτοκόλλων όταν μεταβάλλεται το πλήθος των ταυτόχρονων μεταδόσεων βίντεο. Οι μετρικές που προτείνονται είναι • το ποσοστό απώλειας πακέτων • η καθυστέρηση από άκρο σε άκρο • η διακύμανση της καθυστέρησης (jitter) • η επιβάρυνση του δικτύου με πακέτα δρομολόγησης Η μετάδοση πολυμέσων μέσα από τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα δεν είναι πάντοτε αποδοτική εξαιτίας των υψηλών απαιτήσεων που υπάρχουν, όπως το υψηλό εύρος ζώνης και οι χαμηλοί χρόνοι καθυστέρησης. Δηλαδή, αυτά τα δίκτυα δεν δείχνουν ικανά να υποστηρίξουν μεταδόσεις πολυμέσων υψηλής ποιότητας και ειδικότερα μεταδόσεις βίντεο. Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύσσεται και παρουσιάζεται ένας διαστρωματικός μηχανισμός για αποδοτική μετάδοση βίντεο πάνω σε ασύρματα Ad Hoc δίκτυα οχημάτων (VANETs). Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από έναν αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού και ανάθεσης προτεραιότητας στο επίπεδο δικτύου. Ακόμα προτείνεται και αξιολογείται η χρήση του προτύπου IEEE 802.11e στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων. Ο αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού και ανάθεσης προτεραιότητας στοχεύει στο να αξιοποιεί την πληροφορία που αφορά στον τύπο των πλαισίων των MPEG-4 βίντεο, με στόχο να παρέχει διαφορετικές προτεραιότητες ανάλογα με τη σημαντικότητα του κάθε πλαισίου. Στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων το πρωτόκολλο IEEE 802.11e προτείνεται να αναθέτει τη μέγιστη προτεραιότητα στα πακέτα βίντεο με στόχο την καλύτερη εξυπηρέτηση των εφαρμογών μετάδοσης πολυμέσων. Αυτή η επιλογή γίνεται για τη μείωση της καθυστέρησης και της απώλειας πακέτων εξαιτίας της κίνησης ανταγωνιστικών δεδομένων. Ο σχεδιασμός που παρουσιάζεται είναι εύκολα ενσωματώσιμος σε κάθε ασύρματο Ad Hoc δίκτυο, σαν επέκταση του δημοφιλούς πρωτοκόλλου δρομολόγησης AODV. Οι εφαρμογές μετάδοσης πολυμέσων συνήθως χρησιμοποιούν το UDP ως πρωτόκολλο μεταφοράς. Με αυτή την επιλογή αποφεύγονται οι καθυστερήσεις που προκαλούνται από αναμεταδόσεις πακέτων και από τους μηχανισμούς ελέγχου συμφόρησης του TCP, αλλά δημιουργούνται δυο σημαντικά προβλήματα. Το πρώτο πρόβλημα έχει να κάνει με τους πιθανούς περιορισμούς εύρους ζώνης με αποτέλεσμα τα πακέτα πολυμέσων να μην ελέγχονται από μηχανισμούς ελέγχου ροής και συμφόρησης, οδηγώντας σε αυξημένη απώλεια πακέτων. Το δεύτερο πρόβλημα είναι σχετικό με τη φιλικότητα προς το TCP πρωτόκολλο. Κάτω υπό ορισμένες συνθήκες, η μετάδοση πακέτων χωρίς κάποιον ελεγκτικό μηχανισμό μπορεί να οδηγήσει σε μια κατάσταση στην οποία οι εφαρμογές του δικτύου που χρησιμοποιούν το TCP να μην εξυπηρετούνται. Στα πλαίσια της εργασίας προτείνονται διαστρωματικές τεχνικές και μηχανισμοί που στοχεύουν στη βελτίωση της μετάδοσης βίντεο, μέσω του πρωτοκόλλου TFRC το οποίο είναι φιλικό ως προς την συνυπάρχουσα TCP κίνηση. Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει μηχανισμούς που δίνουν προτεραιότητα στα πακέτα βίντεο, ενώ παράλληλα αξιοποιούνται πληροφορίες από τα κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI. Συγκεκριμένα, αξιοποιούνται πληροφορίες που συλλέγονται από το στρώμα ζεύξης δεδομένων οι οποίες αφορούν την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος. Ο προτεινόμενος μηχανισμός χρησιμοποιεί τις μετρήσεις της ενέργειας σήματος ως προς τον θόρυβο του καναλιού (SNR) σε όλο το μήκος ενός μονοπατιού, προκειμένου να βελτιώσει την αποδοτικότητα του πρωτοκόλλου δρομολόγησης AODV και συγκεκριμένα τη διαδικασία ανακατασκευής μονοπατιών. Η αξιολόγηση που προτείνεται είναι με εξομοιώσεις στον εξομοιωτή δικτύων ns-2. Συμπερασματικά, στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μετάδοσης πολυμεσικών δεδομένων μέσω διαφόρων πρωτοκόλλων δρομολόγησης σε συνθήκες αστικού περιβάλλοντος. Επίσης, στόχος είναι η μελέτη και η ανάπτυξη διαστρωματικών μηχανισμών προσαρμοστικής μετάδοσης και η πιθανή βελτίωση ή παραμετροποίηση υπαρχόντων μηχανισμών για την αποδοτικότερη μετάδοση πάνω από τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα. Ο κεντρικός άξονας στην ανάπτυξη αυτών των μηχανισμών στηρίζεται στην παροχή προτεραιότητας στα πακέτα που περιέχουν δεδομένα πολυμέσων, στην ενίσχυση των μηχανισμών ελέγχου ροής και συμφόρησης και στη βελτίωση των πρωτοκόλλων δρομολόγησης αξιοποιώντας στοιχεία του φυσικού δικτύου, με απώτερο στόχο τη βελτίωση της απόδοσης της μετάδοσης πολυμεσικών δεδομένων. / Mobile ad hoc networks (MANETs) are becoming more essential to wireless commu- nications due to growing popularity of mobile devices. The integration of mobile ad hoc devices inside vehicles has led to another type of networks, called Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) which are also becoming important. These networks require specialized routing protocols due to their ad hoc nature. The performance of these pro- tocols has been tested for the case of general traffic but not in respect with to multimedia traffic and especially video transmission. In this work we conduct a number of simulations in order to evaluate the performance of three of the most popular routing protocols for MANETs and VANETs, namely AODV, DSR and OLSR, for different number of simultaneous video transmissions. We use the packet delivery ratio, the end-to-end delay, the packet delay variation (jit- ter) and the routing overhead as evaluation metrics. The results indicate that the DSR protocol outperforms AODV and OLSR in terms of end-to-end delay and packet delay variation and seems to be the most efficient routing protocol when multimedia traffic and especially video traffic is considered. Moreover, we present a cross-layer mechanism for efficient video transmission over this type of networks. The proposed mechanism consists of a priority-scheduling algorithm, at the network layer, and the use of the IEEE 802.11e standard at the MAC layer. The priority-scheduling algorithm takes into account the frame type of the MPEG-4 video file in order to provide different priorities to the most important video packets. At the MAC layer, the IEEE 802.11e protocol assigns the highest priority to video applications to reduce delay and packets losses due to other competing traffic. This design is easily implemented in any ad hoc wireless network as an extension on the AODV MANET routing protocol. Simulation results conducted with the network simulator ns-2 show the advantages of the proposed design. Finally, we propose a cross-layer design that aims to improve the performance of video transmission using TCP Friendly Rate Control (TFRC). Our design provides priority to video packets and exploits information from the MAC layer in order to improve TFRC’s performance. The proposed cross-layer mechanism utilizes Signal to Noise Ratio (SNR) measurements along the routing path, in order to make the route recon- struction procedure more efficient. Simulation results show that both the use of traffic categorization and the SNR utilization lead to important improvements of video trans- mission over the mobile Ad hoc network. More specifically, simulations indicate in- creased average Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) for the received video, increased throughput and packet delivery ration, as well as reduced average end-to-end delay.

Mobile Ad hoc Networks (MANETs) are of great interest to researchers and have become very popular in the last few years. One of the great challenges is to provide a routing protocol that is capable of offering the shortest and most reliable path in a MANET in which users are moving continuously and have no base station to be used as a reference for their position. This thesis proposes some new routing protocols based on the angles (directions) of the adjacent mobile nodes and also the node density. In choosing the next node in forming a route, the neighbour node with the closest heading angle to that of the node of interest is selected, so the connection between the source and the destination consists of a series of nodes that are moving in approximately the same direction. The rationale behind this concept is to maintain the connection between the nodes as long as possible. This is in contrast to the well known hop count method, which does not consider the connection lifetime. We propose three enhancements and modifications of the Ad-hoc on demand distance vector (AODV) protocol that can find a suitable path between source and destination using combinations and prioritization of angle direction and hop count. Firstly, we consider that if there are multiple routing paths available, the path with the minimum hop count is selected and when the hop counts are the same the path with the best angle direction is selected. Secondly, if multiple routing paths are available the paths with the best angle direction are chosen but if the angles are the same (fall within the same specified segment), the path with minimum hop count is chosen. Thirdly, if there is more than one path available, we calculate the average of all the heading angles in every path and find the best one (lowest average) from the source to the destination. In MANETs, flooding is a popular message broadcasting technique so we also propose a new scheme for MANETS where the value of the rebroadcast packets for every host node is dynamically adjusted according to the number of its neighbouring nodes. A fixed probabilistic scheme algorithm that can dynamically adjust the rebroadcasting probability at a given node according to its ID is also proposed; Fixed probabilistic schemes are one of the solutions to reduce rebroadcasts and so alleviate the broadcast storm problem. Performance evaluation of the proposed schemes is conducted using the Global Mobile Information System (GloMoSim) network simulator and varying a number of important MANET parameters, including node speed, node density, number of nodes and number of packets, all using a Random Waypoint (RWP) mobility model. Finally, we measure and compare the performance of all the proposed approaches by evaluating them against the standard AODV routing protocol. The simulation results reveal that the proposed approaches give relatively comparable overall performance but which is better than AODV for almost all performance measures and scenarios examined.

No description available.

A Mobile Ad Hoc Network (MANETs) is a collection of wireless hosts that can be rapidly deployed as a multi hop packet radio network without the aid of any established infrastructure or centralized administration. Such networks can be used to enable next generation of battlefield applications envisioned by the military, including situation awareness systems for maneuvering war fighters, and remotely deployed unmanned microsensor networks. Ad Hoc networks can also provide solutions for civilian applications such as disaster recovery and message exchanges among safety and security personnel involved in rescue missions. Existing solutions for wired network Intrusion Detection Systems (IDSs) do not suit wireless Ad Hoc networks. To utilize either misuse detection or anomaly detection to monitor any possible compromises, the IDS must be able to distinguish normal from anomaly activities. To enable intrusion detection in wireless Ad Hoc networks, the research problems are: • How to efficiently collect normal and anomaly patterns of Ad Hoc networks? The lifetime of the hosts is short and Ad Hoc networks do not have traffic concentration points (router, switch). • How to detect anomalies? The loss could be caused by host movement instead of attacks. Unexpectedly long delay could be caused by unreliable channel instead of malicious discard. In this thesis, we have proposed a novel architecture that uses specification based intrusion detection techniques to detect active attacks against the routing protocols of mobile Ad Hoc networks. Our work analyzes some of the vulnerabilities and discuss the attacks against the AODV protocol. Our approach involves the use of an FSM (Finite State Machine) for specifying the AODV routing behavior and the distributed network monitors for detecting the sequence number attack. Our method can detect most of the bad nodes with low false positive rate and the packet delivery ratio can also be increased with high detection rate. For packet dropping attack, we present a distributed technique to detect this attack in wireless Ad Hoc networks. A bad node can forward packets but in fact it fails to do so. In our technique, every node in the network will check the neighboring nodes to detect if any of them fail to forward the packets. Our technique can detect most of the bad nodes with low false positive rate and the packet delivery ratio can also be increased. The proposed solution can be applied to identify multiple malicious nodes cooperating with each other in MANETs and discover secure routes from source to destination by avoiding malicious nodes acting in cooperation. Our technique will detect the sequence number and Packet Dropping attacks in real time within its radio range with no extra overhead. For resource consumption attack, the proposed scheme incurs no extra overhead, as it makes minimal modifications to the existing data structures and functions related to bad listing a node in the existing version of pure AODV. The proposed scheme is more efficient in terms of the resultant routes established, resource reservations, and computational complexity. If multiple malicious nodes collaborate, they in turn will be restricted and isolated by their neighbors, because they monitor and exercise control over forwarding RREQs by nodes. Hence, the scheme successfully prevents Distributed attacks. The proposed scheme shifts the responsibility of monitoring this parameter to the node's neighbor, ensuring compliance of this restriction. This technique solves all of the problems caused due to unnecessary RREQs from a compromised node. Instead of self-control, the control exercised by a node's neighbor results in preventing this attack. Experiments show that the tool provides effective intrusion detection functionality while using only a limited amount of resources. The loop freedom property has been reduced to an invariant on pairs of nodes. Each node decides & transmits its decision to a control center. Robustness to Threats, Robustness to nodes destruction: Loss of Performance (in terms of ratio) is least for Distributed Option and highest for Centralized Option and Robustness to observations deletion. All the proposed schemes were analyzed and tested under different topologies and conditions with varying number of nodes .The proposed algorithms for improving the robustness of the wireless Ad Hoc networks using AODV protocol against Packet Dropping Attack, Sequence Number attack and resource consumption attack have been simulated for an illustrative network of about 30 nodes. Our experiments have shown that the pattern extracted through simulation can be used to detect attacks effectively. The patterns could also be applied to detect similar attacks on other protocols.