Mecanismos de facturação segura em redes auto-organizadas

Abstract

As redes ad-hoc e as redes auto-organizadas constituem uma área de investigação com grande interesse. Estas redes são uteis em cenários onde seja necessária uma rede de baixo custo, elevada adaptabilidade e reduzido tempo de criação. As redes infra-estruturadas, tendo uma gestão centralizada, estão agora a começar a adoptar os conceitos de redes autoorganizadas nas suas arquitecturas. Ao contrário dos sistemas centralizados, redes auto-organizadas requerem que todos os terminais participantes operem de acordo com o melhor interesse da rede. O facto de, em redes ad-hoc, os equipamentos possuírem recursos limitados, pôe em causa este requisito levando a comportamentos egoístas. Este comportamento é espectavel criando problemas nas redes auto-organizativas, ameaçando o funcionamento de uma rede inteira. Algumas propostas foram ja criadas de modo a motivar a sua utilização correcta. Destas, algumas são baseadas em trocas de credito entre utilizadores, outras preveêm a existência de entidades gestoras de creditos. Estas ultimas propostas, que irão ser o foco desta dissertação, permitem a facil integração de redes ad-hoc com redes infra-estruturadas e geridas por um operador. Este trabalho descreve o estado da arte actual e, com algum detalhe, os métodos utilizados e as solucões relevantes para esta area. São propostas duas novas soluções de taxação para estas redes. Ambas as soluções possibilitam a integração das redes com metodos de taxação habituais em redes geridas por operadores. Para além disto, a motivação à participaçãao é aumentada através de incentivos ao encaminhamento de pacotes. Todos os processos são criptograficamente seguros através da utilização de métodos standard como DSA sobre Curvas Elípticas e funções de síntese robustas. As soluções propostas são descritas analiticamente e analisadas, sendo os os resultados obtidos comparados com outra proposta do estado da arte. Um exaustivo trabalho de simulação é igualmente descrito de forma a avaliar as soluções em cenários mais complexos. Os resultados obtidos em simulação são avaliados tendo em conta a variação de várias métricas como mobilidade, carga na rede, protocolo de encaminhamento e protocolo de transporte. No final, a arquitectura, implementação e resultados obtidos com uma implementação real de uma das propostas e os seus resultados analisados.

Self-organised and ad-hoc networks are an area with an existing large research community. These networks are much useful in scenarios requiring a rapidly deployed, low cost and highly adaptable network. Recently, infrastructure networks, which are managed in a much centralised form, are starting to introduce concepts of self-organised networks in its architecture. In opposition to centralised systems, self-organisation creates the necessity for all nodes to behave according to the best interest of the network. The fact that in many ad-hoc networks nodes have scarce resources poses some threats to this requirement. As resources decreases, such as battery or wireless bandwidth, nodes can start acting selfishly. This behaviour is known to bring damage to self-organised networks and threatens the entire network. Several proposals were made in order to promote the correct usage of the network. Some proposals are based on local information and direct credit exchange while others envision the existence of a central bank. The later solutions are further elaborated in this thesis, as they make possible integration of ad-hoc network with operator driven infrastructures. This work presents the current state-of-the-art on the area providing a detailed insight on the methods adopted by each solution presented. Two novel solutions are proposed providing charging support for integrated ad-hoc networks. Both solutions provide means of integration with standard management methods found in operator networks. Also, node´s motivation is increased through the reward of nodes forwarding data packets. The entire process is cryptographically secure, making use of standard methods such as Elliptic Curve DSA and strong digest functions. The solutions proposed are described and analysed analytically, comparing the results with other state-of-the-art proposals. Extensive simulation work is also presented which furthers evaluates the solutions in complex scenarios. Results are obtained from these scenarios and several metrics are evaluated taking in consideration mobility, network load, routing protocol and transport protocol. The architecture and results obtained with a real implementation are finally presented and analysed.