Self-organizing Network Optimization via Placement of Additional Nodes

Tarasov, Mikhail GND

Das Hauptforschungsgebiet des Graduiertenkollegs "International Graduate School on Mobile Communication" (GS Mobicom) der Technischen Universität Ilmenau ist die Kommunikation in Katastrophenszenarien. Wegen eines Desasters oder einer Katastrophe können die terrestrischen Elementen der Infrastruktur eines Kommunikationsnetzwerks beschädigt oder komplett zerstört werden. Dennoch spielen verfügbare Kommunikationsnetze eine sehr wichtige Rolle während der Rettungsmaßnahmen, besonders für die Koordinierung der Rettungstruppen und für die Kommunikation zwischen ihren Mitgliedern. Ein solcher Service kann durch ein mobiles Ad-Hoc-Netzwerk (MANET) zur Verfügung gestellt werden. Ein typisches Problem der MANETs ist Netzwerkpartitionierung, welche zur Isolation von verschiedenen Knotengruppen führt. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist die Positionierung von zusätzlichen Knoten, welche die Verbindung zwischen den isolierten Partitionen wiederherstellen können. Hauptziele dieser Arbeit sind die Recherche und die Entwicklung von Algorithmen und Methoden zur Positionierung der zusätzlichen Knoten. Der Fokus der Recherche liegt auf Untersuchung der verteilten Algorithmen zur Bestimmung der Positionen für die zusätzlichen Knoten. Die verteilten Algorithmen benutzen nur die Information, welche in einer lokalen Umgebung eines Knotens verfügbar ist, und dadurch entsteht ein selbstorganisierendes System. Jedoch wird das gesamte Netzwerk hier vor allem innerhalb eines ganz speziellen Szenarios - Katastrophenszenario - betrachtet. In einer solchen Situation kann die Information über die Topologie des zu reparierenden Netzwerks im Voraus erfasst werden und soll, natürlich, für die Wiederherstellung mitbenutzt werden. Dank der eventuell verfügbaren zusätzlichen Information können die Positionen für die zusätzlichen Knoten genauer ermittelt werden. Die Arbeit umfasst eine Beschreibung, Implementierungsdetails und eine Evaluierung eines selbstorganisierendes Systems, welche die Netzwerkwiederherstellung in beiden Szenarien ermöglicht.

The main research area of the International Graduate School on Mobile Communication (GS Mobicom) at Ilmenau University of Technology is communication in disaster scenarios. Due to a disaster or an accident, the network infrastructure can be damaged or even completely destroyed. However, available communication networks play a vital role during the rescue activities especially for the coordination of the rescue teams and for the communication between their members. Such a communication service can be provided by a Mobile Ad-Hoc Network (MANET). One of the typical problems of a MANET is network partitioning, when separate groups of nodes become isolated from each other. One possible solution for this problem is the placement of additional nodes in order to reconstruct the communication links between isolated network partitions. The primary goal of this work is the research and development of algorithms and methods for the placement of additional nodes. The focus of this research lies on the investigation of distributed algorithms for the placement of additional nodes, which use only the information from the nodes’ local environment and thus form a self-organizing system. However, during the usage specifics of the system in a disaster scenario, global information about the topology of the network to be recovered can be known or collected in advance. In this case, it is of course reasonable to use this information in order to calculate the placement positions more precisely. The work provides the description, the implementation details and the evaluation of a self-organizing system which is able to recover from network partitioning in both situations.

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Tarasov, Mikhail: Self-organizing Network Optimization via Placement of Additional Nodes. 2014.

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