Opportunistic Networking Applications: From Theory to Practice

Thumbnail Image

Files

isbn9789526403229.pdf (12.7 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2021-07-22
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2021

Department

Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitos
Department of Communications and Networking

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

242 + app. 112

Series

Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 44/2021

Abstract

Modern smartphones are the primary gateways to information, entertainment, social networks, and private relationships for billions of people.They typically achieve this by connecting to centralized Internet services via fast wireless links. However, these smart devices have another, less used, set of communication capabilities:They can also talk directly over device-to-device communication technologies, and exchange content and messages without the need for the Internet. Message passing over these contacts creates an Opportunistic or a Delay-Tolerant Network.This form of networking is particularly useful in rural and remote areas that lack infrastructure, and in urban areas where the infrastructure has been overloaded by a crowd or disabled by a disaster. Even when infrastructure is available, it allows networking without relinquishing control and privacy to a centralized service. In this dissertation, we contribute to advancing the availability and capability of opportunistic networking. We advance the availability by improving the opportunities for creating opportunistic contacts for smartphones, and the capability by designing advanced mechanisms for both content and computation interactions. For connectivity, we measure to what extent existing public Wi-Fi access points allow direct device-to-device communications. We then introduce mechanisms to help scale device-to-device communications in access points with many clients. As an alternative to using existing infrastructure, we introduce the Liberouter neighborhood networking system based on cheap stand alone opportunistic routers. On top of this basic connectivity, we design more advanced content access mechanisms to ease the development of opportunistic networking applications. In particular, we design a request/response mechanism for accessing content, particularly websites, that reside on servers outside the opportunistic network. We also design aquery/response mechanism to search for content in other nearby devices. Finally, we present mechanisms for shared content editing, e.g., wikis, in opportunistic networks. We also introduce mechanisms to support opportunistic computations. First, we enable interactive web applications in the Liberouter network by attaching custom computations to the content messages. Second, we design a framework for the Liberouters for the opportunistic composition of general distributed services.Together, these contributions help advance the technical basis for smartphone-based opportunistic networking applications.

Viime vuosikymmenen aikana älypuhelimista on muovautunut miljardien ihmisten portti tietoon, viihteeseen ja sosiaaliseen vuorovaikutukseen. Tämän kehityksen ovat mahdollistaneet nopeat langattomat verkkoteknologiat, jotka kytkevät puhelimet Internetin suuriin, keskitettyihin palveluihin. Internet-yhteyksien lisäksi modernit älypuhelimet kykenevät kuitenkin myös avaamaan yhteyksiä suoraan toistensa välille. Nämä vähemmän käytetyt teknologiat mahdollistavat viestien ja tiedon välittämisen laitteista toisiin ilman Internettiä ja sen palveluja. Tietoverkkoja, jotka perustuvat suoralle viestien vaihdolle laitteiden välillä, kutsutaan opportunistisiksi tai viivesietoisiksi verkoiksi. Opportunistiset verkot ovat erityisen hyödyllisiä syrjäisillä alueilla, joissa infrastruktuuriverkkojen peitto on heikkoa. Lisäksi niistä on apua, jos tietoverkot ovat ylikuormittuneet tai vaurioituneet, esimerkiksi onnettomuuden tai suuren käyttäjämäärän seurauksena. Opportunistisissa verkoissa on myös mahdollista paremmin estää keskitettyjen palvelujen usein harjoittaman käyttäjien seurantaa ja hallintaa. Tämä väitöskirjatutkimus pyrkii parantamaan opportunististen tietoverkkojen käytettävyyttä ja kyvykkyyttä. Käytettävyyttä työssä parannetaan tekniikoilla, jotka lisäävät suoria laitteiden välisiä tiedonsiirtomahdollisuuksia. Verkkojen kyvykkyyttä työssä parannetaan kehittämällä uusia mekanismeja sekä tiedonsiirtoon että tietojenkäsittelyyn opportunistisissa verkoissa. Uusien tiedonsiirtomahdollisuuksien luomiseksi työssä mitataan avointen langattomien lähiverkkojen kykyä siirtää tietoa suoraan laitteiden välillä. Lisäksi työssä kehitetään mekanismeja, joilla pyritään estämään näiden verkkojen ylikuormittumista opportunistisen liikenteen seurauksena. Vaihtoehtoisena lähestymistapana työssä kehitetään edullisista kuluttajalaitteista muodostuva Liberouter-järjestelmä, joka luo opportunistisen verkon lähistön älypuhelimille. Näiden verkkojen varaan työssä luodaan kolme kehittyneempää tiedonsiirtomekanismia: Ensin mahdollistetaan tiedonhaku Internetistä opportunistiseen verkkoon.Toiseksi mahdollistetaan tiedon etsiminen suoraan muista opportunistisen verkon laitteista. Kolmanneksi mahdollistetaan käyttäjien yhteinen tiedon muokkaaminen.Tietojenkäsittelyä varten työssä hyödynnetään Liberouter-laitteita palvelimina. Ensin mahdollistetaan laitteiden toiminta paikallisina web-palvelimina interaktiivisille sivustoille. Toiseksi mahdollistetaan laitteiden käyttö opportunistisena alustana paikallisille hajautetuille palveluille.

Description

Supervising professor

Ott, Jörg, Prof., Aalto University, Department of Communications and Networking, Finland

Thesis advisor

Hyytiä, Esa, Prof., University of Iceland, Iceland

Keywords

opportunistic networking, delay-tolerant networking, opportunistiset verkot, viivesietoiset verkot

Other note

Parts

  • [Publication 1]: Ari Keränen, Jörg Ott, Teemu Kärkkainen. The ONE simulator for DTN protocol evaluation. Proceedings of the 2nd international conference on simulation tools and techniques, p. 55, ICST (Institute for Computer Sci- ences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering), March 2009.
    DOI: 10.4108/ICST.SIMUTOOLS2009.5674 View at publisher
  • [Publication 2]: Teemu Kärkkainen, Mikko Pitkänen, Jörg Ott. Enabling Ad-Hoc-Style Communication in Public WLAN Hot-Spots. ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review , 17, no. 1 (2013): 4-13, January 2013.
    DOI: 10.1145/2348616.2348623 View at publisher
  • [Publication 3]: Teemu Kärkkainen, Mika Välimaa, Shourov Kumar Roy, Esa Hyytiä, Jörg Ott. Practical Opportunistic Content Dissemination Performance in Dense Network Segments. Computer Communications, 123 (2018): 65-80, June 2018.
    Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201808214589
    DOI: 10.1016/j.comcom.2018.03.013 View at publisher
  • [Publication 4]: Teemu Kärkkainen, Jörg Ott. Liberouter: Towards Autonomous Neigh- borhood Networking. In 11th Annual Conference on Wireless On-demand Network Systems and Services (WONS), pp. 162-169, April 2014.
    DOI: 10.1109/WONS.2014.6814739 View at publisher
  • [Publication 5]: Mikko Pitkänen, Teemu Kärkkainen, Jörg Ott. Opportunistic Web Access via WLAN Hotspots. In IEEE international conference on pervasive computing and communications (PerCom), pp. 20-30, March 2010.
    DOI: 10.1109/PERCOM.2010.5466997 View at publisher
  • [Publication 6]: Mikko Pitkänen, Teemu Kärkkainen, Janico Greifenberg, Jörg Ott. Searching for Content in Mobile DTNs. In IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications, pp. 1-10, March 2009.
    DOI: 10.1109/PERCOM.2009.4912771 View at publisher
  • [Publication 7]: Teemu Kärkkainen, Jörg Ott. Shared Content Editing in Opportunistic Networks. In 9th ACM MobiCom workshop on Challenged networks, pp. 61-64, September 2014.
    DOI: 10.1145/2645672.2645685 View at publisher
  • [Publication 8]: Marcin Nagy, Teemu Kärkkainen, Arseny Kurnikov, Jörg Ott. Web- based Framework for Accessing Native Opportunistic Networking Applications. In IEEE 20th International Symposium on" A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks"(WoWMoM), pp. 1-10, June 2019.
    DOI: 10.1109/WoWMoM.2019.8793026 View at publisher
  • [Publication 9]: Chrysa Papadaki, Teemu Kärkkainen, Jörg Ott. Composable Distributed Mobile Applications and Services in Opportunistic Networks. In IEEE 19th International Symposium on" A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks"(WoWMoM), pp. 14-23, June 2018.
    DOI: 10.1109/WoWMoM.2018.8449786 View at publisher

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-0322-9

Collections

[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC