This paper proposes an on-demand ad hoc routing protocol, Node Density Based Routing (NDBR), which enhances the routing performance applying a new method to establish alternate patlis. It is important to reserve alternate paths for the route from source to destination in mobile ad hoc networks that are susceptible to failure due to the movement or the power exhaustion of mobile nodes. NDBR aims to establish a route that contains more alternate paths toward the destination by involving intermediate nodes with relatively more adjacent nodes in a possible route, and introduces a new routing criterion called 'node density.' This approach can localize the effects of route failures, and reduce control traffic overhead and route reconfiguration time by enhancing the reachability to the destination node without source-initiated route re-discoveries at route failures. This paper describes the route setup procedure using node density and the route re-configuration procedures employing alternate path information at the intermediate nodes. We show the performance of our routing schemes through a series of simulations using the Network Simulator 2 (ns-2).
Abbas, Sohail;Haqdad, Muhammad;Khan, Muhammad Zahid;Rehman, Haseeb Ur;Khan, Ajab;Khan, Atta ur Rehman
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.9
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pp.3639-3662
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2020
The network capability to accomplish its functions in a timely fashion under failures and attacks is known as survivability. Ad hoc routing protocols have been studied and extended to various domains, such as Intelligent Transport Systems (ITSs), Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), underwater acoustic networks, and Internet of Things (IoT) focusing on different aspects, such as security, QoS, energy. The existing solutions proposed in this domain incur substantial overhead and eventually become burden on the network, especially when there are fewer attacks or no attack at all. There is a need that the effectiveness of these routing protocols be analyzed in the presence of Denial of Service (DoS) attacks without any intrusion detection or prevention system. This will enable us to establish and identify the inherently stable routing protocols that are capable to survive longer in the presence of these attacks. This work presents a DoS attack case study to perform theoretical analysis of survivability on node and network level in the presence of DoS attacks. We evaluate the performance of reactive and proactive routing protocols and analyse their survivability. For experimentation, we use NS-2 simulator without detection or prevention capabilities. Results show that proactive protocols perform better in terms of throughput, overhead and packet drop.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.7
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pp.3494-3510
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2019
Wireless sensor networks encounter energy saving as a major issue as the sensor nodes having no rechargeable batteries and also the resources are limited. Clustering of sensors play a pivotal role in energy saving of the deployed sensor nodes. However, in the cluster based wireless sensor network, the cluster heads tend to consume more energy for additional functions such as reception of data, aggregation and transmission of the received data to the base station. So, careful selection of cluster head and formation of cluster plays vital role in energy conservation and enhancement of lifetime of the wireless sensor networks. This study proposes a new mutation chemical reaction optimization (MCRO) which is an algorithm based energy efficient clustering protocol termed as MCRO-ECP, for wireless sensor networks. The proposed protocol is extensively developed with effective methods such as potential energy function and molecular structure encoding for cluster head selection and cluster formation. While developing potential functions for energy conservation, the following parameters are taken into account: neighbor node distance, base station distance, ratio of energy, intra-cluster distance, and CH node degree to make the MCRO-ECP protocol to be potential energy conserver. The proposed protocol is studied extensively and tested elaborately on NS2.35 Simulator under various senarios like varying the number of sensor nodes and CHs. A comparative study between the simulation results derived from the proposed MCRO-ECP protocol and the results of the already existing protocol, shows that MCRO-ECP protocol produces significantly better results in energy conservation, increase network life time, packets received by the BS and the convergence rate.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.7B
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pp.685-696
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2004
Real-time multimedia applications that require large amount of bandwidth need resource reservation before starting service for providing the QoS(i.e., Quality of Service). To reserve resources in advance, each reservation request has to notify its expectation on the required amount of resources and service duration. Using this information, a resource manager can schedule advance reservations. However, most existing resource management systems are adopting straightforward call admission control process (i.e., only immediate reservation) by checking currently available resources without considering the service duration. Hence, the resource management system that supports advance reservation has to manage confliction caused by indefinite service duration of immediate reservation. Even though the separation of resource pool according to type of reservation can prevent the confliction, it causes low resource utilization. In this paper, we propose an effective resource management scheme that supports both immediate and advance reservations by sharing resources dynamically. Using network cost function, the proposed scheme determines and adaptively adjusts resource boundary according to the confliction rate by varying weight parameters. And also, we define user utility function to quantify user satisfaction based on how well the reserved resource is guaranteed during service time. Simulation results using NS-2 network simulator show that the proposed scheme can achieve better resource utilization with preferable QoS than other schemes like static resource partitioning.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.1
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pp.139-145
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2016
Dumbbell is the most basic topology that can be used in almost all kind of network experiment within it or just by little expansion. While Transmission Control Protocol TCP is the basic protocol that is used for the connectivity among networks and stations. TCP major and basic goal is to provide path and services to different applications for communication. For that reason TCP has to transfer a lot of data through a communication medium that cause serious congestion problem. To calculate the congestion problem, different kind of pre-cure solutions are developer which are Loss Based Variant and Delay Based Variant. While LBV keep track of the data that is going to be passed through TCP protocol, if the data packets start dropping that means congestion occurrence which notify as a symptom, TCP CUBIC use LBV for notifying the loss. Similarly the DBV work with the acknowledgment procedure that is used in when data ACK get late with respect to its set data rate time, TCP COMPOUND/VAGAS are examples of DBV. Many algorithms have been purposed to control the congestion in different TCP variants but the loss of data packets did not completely controlled. In this paper, the congestion control algorithms are implemented and corresponding results are analyzed in Dumbbell topology, it is typically used to analyze the TCP traffic flows. Fairness of throughput is evaluated for different TCP variants using network simulator (NS-2).
Abbas, Sohail;Merabti, Madjid;Kifayat, Kashif;Baker, Thar
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.12
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pp.6214-6242
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2019
Routing in mobile ad hoc networks is performed in a distributed fashion where each node acts as host and router, such that it forwards incoming packets for others without relying on a dedicated router. Nodes are mostly resource constraint and the users are usually inclined to conserve their resources and exhibit selfish behaviour by not contributing in the routing process. The trust and reputation models have been proposed to motivate selfish nodes for cooperation in the packet forwarding process. Nodes having bad trust or reputation are detected and secluded from the network, eventually. However, due to the lack of proper identity management and use of non-persistent identities in ad hoc networks, malicious nodes can pose various threats to these methods. For example, a malicious node can discard the bad reputed identity and enter into the system with another identity afresh, called whitewashing. Similarly, a malicious node may create more than one identity, called Sybil attack, for self-promotion, defame other nodes, and broadcast fake recommendations in the network. These identity-based attacks disrupt the overall detection of the reputation systems. In this paper, we propose a reputation-based scheme that detects selfish nodes and deters identity attacks. We address the issue in such a way that, for normal selfish nodes, it will become no longer advantageous to carry out a whitewash. Sybil attackers are also discouraged (i.e., on a single battery, they may create fewer identities). We design and analyse our rationale via game theory and evaluate our proposed reputation system using NS-2 simulator. The results obtained from the simulation demonstrate that our proposed technique considerably diminishes the throughput and utility of selfish nodes with a single identity and selfish nodes with multiple identities when compared to the benchmark scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.9
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pp.4122-4143
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2018
Because of the increment in network scale and test expenditure, simulators gradually become main tools for research on key problems of wireless networking, such as radio resource management (RRM) techniques. However, existing simulators are generally event-driven, causing unacceptably large simulation time owing to the tremendous number of events handled during a simulation. In this article, a mass-processing framework for RRM simulations is proposed for the scenarios with a massive amount of terminals of Internet of Things accessing 5G communication systems, which divides the time axis into RRM periods and each period into a number of mini-slots. Transmissions within the coverage of each access point are arranged into mini-slots based on the simulated RRM schemes, and mini-slots are almost fully occupied in dense scenarios. Because the sizes of matrices during this process are only decided by the fixed number of mini-slots in a period, the time expended for performance calculation is not affected by the number of terminals or packets. Therefore, by avoiding the event-driven process, the proposal can simulate dense scenarios in a quite limited time. By comparing with a classical event-driven simulator, NS2, we show the significant merits of our proposal on low time and memory costs.
In recent years, the needs for WLANs(Wireless Local Area Networks) technology which can access to Internet anywhere have been dramatically increased particularly in SOHO(Small Office Home Office) and Hot Spot. However, unlike wired networks, there are some unique characteristics of wireless networks. These characteristics include the burst packet losses due to unreliable wireless channel. Note that burst packet losses, which occur when the distance between the wireless station and the AP(Access Point) increase or when obstacles move temporarily between the station and AP, are very frequent in 802.11 networks. Conversely, due to burst packet losses, the performance of 802.11 networks are not always as sufficient as the current application require, particularly when they use TCP at the transport layer. The high packet loss rate over wireless links can trigger unnecessary execution of TCP congestion control algorithm, resulting in performance degradation. In order to overcome the limitations of WLANs environment, MAC-layer LDA(Loss Differentiation Algorithm)has been proposed. MAC-layer LDA prevents TCP's timeout by increasing CRD(Consecutive Retry Duration) higher than burst packet loss duration. However, in the wireless channel with high packet loss rate, MAC-layer LDA does not work well because of two reason: (a) If the CRD is lower than burst packet loss duration due to the limited increase of retry limit, end-to-end performance is degraded. (b) energy of mobile device and bandwidth utilization in the wireless link are wasted unnecessarily by Reducing the drainage speed of the network buffer due to the increase of CRD. In this paper, we propose a new retransmission module based on Cross-layer approach, called BLD(Burst Loss Detection) module, to solve the limitation of previous link layer retransmission schemes. BLD module's algorithm is retransmission mechanism at IEEE 802.11 networks and performs retransmission based on the interaction between retransmission mechanisms of the MAC layer and TCP. From the simulation by using ns-2(Network Simulator), we could see more improved TCP throughput and energy efficiency with the proposed scheme than previous mechanisms.
Jang, In Sik;Min, Seok Hong;Kim, Bong Gyu;Choi, Hyung Suk;Lee, Jong Sung;Kim, Byung Chul;Lee, Jae Yong
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.16
no.3
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pp.322-331
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2013
Wireless Mesh Networks(WMNs) is generally composed of radio nodes in the mesh topology. WMNs consists of mesh client, mesh router and gateway connected to a wired network. Each client and router relay messages to the gateway for communication. WMNs is widely used recently in many areas can provide extended coverage based on multi-hop communication and ubiquitous communication at any time and any location. However the competition and collision between each node to transmit data is inevitable when the same channel is used for transmission. The transmission opportunities and the throughput of nodes located far from gateway decrease more if the communication channel is accessed based on competitive CSMA/CA scheme using DCF(Distributed Coordination Function) provided by IEEE 802.11 MAC. In this paper, we improve the performance of the TCP fairness and throughput of the nodes with more than 2 hops by applying various algorithms for controlling contention window values. Also, we evaluate the performance using ns-2 simulator, According to the results, proposed scheme can enhance the fairness characteristic of each node irrespective of data to the gateway.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.1
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pp.146-170
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2017
Joint channel assignment and routing is a well-known problem in multi-radio wireless mesh networks for which optimal configurations is required to optimize the overall throughput and fairness. However, other objectives need to be considered in order to provide a high quality service to network users when it deployed with high traffic dynamic. In this paper, we propose a re-configuration optimization model that optimizes the network throughput in addition to reducing the disruption to the mesh clients' traffic due to the re-configuration process. In this multi-objective optimization model, four objective functions are proposed to be minimized namely maximum link-channel utilization, network average contention, channel re-assignment cost, and re-routing cost. The latter two objectives focus on reducing the re-configuration overhead. This is to reduce the amount of disrupted traffic due to the channel switching and path re-routing resulted from applying the new configuration. In order to adapt to traffic dynamics in the network which might be caused by many factors i.e. users' mobility, a centralized heuristic re-configuration algorithm called State-Aware Joint Routing and Channel Assignment (SA-JRCA) is proposed in this research based on our re-configuration model. The proposed algorithm re-assigns channels to radios and re-configures flows' routes with aim of achieving a tradeoff between maximizing the network throughput and minimizing the re-configuration overhead. The ns-2 simulator is used as simulation tool and various metrics are evaluated. These metrics include channel-link utilization, channel re-assignment cost, re-routing cost, throughput, and delay. Simulation results show the good performance of SA-JRCA in term of packet delivery ratio, aggregated throughput and re-configuration overhead. It also shows higher stability to the traffic variation in comparison with other compared algorithms which suffer from performance degradation when high traffic dynamics is applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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