Adhoc Networks - RAck Scheme

7/28/2019 Adhoc Networks - RAck Scheme

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Read Acknowledgement Based Scheme

To Detect And Mitigate The Routing

Misbehavior In Mobile AdHoc Networks

A b s t r a c t

T h e r o u t i n g m i s b e h a v i o r i n M A N E T s ( M o b i l e A d H o c N E T w o r k s ) a r e

o f d i e r e n t s k i n d s . I n g e n e r a l r o u t i n g p r o t o c o l s f o r M A N E T s a r e d e s i g n e d

b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t a l l p a r t i c i p a t i n g n o d e s a r e f u l l y c o o p e r a t i v e .

H o w e v e r , d u e t o t h e o p e n s t r u c t u r e a n d s c a r c e l y a v a i l a b l e b a t t e r y - b a s e d

e n e r g y , n o d e m i s b e h a v i o r s m a y e x i s t . O n e s u c h r o u t i n g m i s b e h a v i o r i s

t h a t s o m e s e l s h n o d e s w i l l p a r t i c i p a t e i n t h e r o u t e d i s c o v e r y a n d m a i n -

t e n a n c e p r o c e s s e s b u t r e f u s e t o f o r w a r d d a t a p a c k e t s . I n t h i s p a p e r , w e

p r o p o s e t h e R e a d A C K n o w l e d g e m e n t ( R A C K ) s c h e m e t h a t s e r v e s a s a n

a d d - o n t e c h n i q u e f o r r o u t i n g s c h e m e s t o d e t e c t r o u t i n g m i s b e h a v i o r a n d

t o m i t i g a t e t h e i r a d v e r s e e e c t . T h e m a i n i d e a o f t h e R A C K s c h e m e

i s t o s e n d t w o - h o p a c k n o w l e d g m e n t p a c k e t s i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n o f

t h e r o u t i n g p a t h . I n o r d e r t o r e d u c e a d d i t i o n a l r o u t i n g o v e r h e a d , o n l y

a f r a c t i o n o f t h e r e c e i v e d d a t a p a c k e t s a r e a c k n o w l e d g e d i n t h e R A C K

s c h e m e . A n a l y t i c a l a n d s i m u l a t i o n r e s u l t s a r e p r e s e n t e d t o e v a l u a t e t h e

p e r f o r m a n c e o f t h e p r o p o s e d s c h e m e . T h i s i s a n o t h e r c h a n n e l w h o w i l l

n o t i f y t h e s e n d e r t h a t r e c e i v e r h a s r e a d t h e m e s s a g e / d a t a h e s e n t .

1 Introduction

M o b i l e A d H o c N e t w o r k ( M A N E T ) i s a c o l l e c t i o n o f m o b i l e n o d e s ( h o s t s ) w h i c h

c o m m u n i c a t e w i t h e a c h o t h e r v i a w i r e l e s s l i n k s e i t h e r d i r e c t l y o r r e l y i n g o n o t h e r

n o d e s a s r o u t e r s . T h e o p e r a t i o n o f M A N E T s d o e s n o t d e p e n d o n p r e e x i s t i n g

i n f r a s t r u c t u r e o r b a s e s t a t i o n s . N e t w o r k n o d e s i n M A N E T s a r e f r e e t o m o v e

r a n d o m l y . T h e r e f o r e , t h e n e t w o r k t o p o l o g y o f a M A N E T m a y c h a n g e r a p i d l y

a n d u n p r e d i c t a b l y . A l l n e t w o r k a c t i v i t i e s , s u c h a s d i s c o v e r i n g t h e t o p o l o g y

a n d d e l i v e r i n g d a t a p a c k e t s , h a v e t o b e e x e c u t e d b y t h e n o d e s t h e m s e l v e s , e i -

t h e r i n d i v i d u a l l y o r c o l l e c t i v e l y . D e p e n d i n g o n i t s a p p l i c a t i o n , t h e s t r u c t u r e

o f a M A N E T m a y v a r y f r o m a s m a l l , s t a t i c n e t w o r k t h a t i s h i g h l y p o w e r -

c o n s t r a i n e d t o a l a r g e - s c a l e , m o b i l e , h i g h l y d y n a m i c n e t w o r k . T h e r e a r e t w o

t y p e s o f M A N E T s : c l o s e d a n d o p e n [ 1 ] . I n a c l o s e d M A N E T , a l l m o b i l e n o d e s

c o o p e r a t e w i t h e a c h o t h e r t o w a r d a c o m m o n g o a l , s u c h a s e m e r g e n c y s e a r c h

r e s c u e o r m i l i t a r y a n d l a w e n f o r c e m e n t o p e r a t i o n s . I n a n o p e n M A N E T , d i f -

f e r e n t m o b i l e n o d e s w i t h d i e r e n t g o a l s s h a r e t h e i r r e s o u r c e s i n o r d e r t o e n s u r e

g l o b a l c o n n e c t i v i t y . H o w e v e r , s o m e r e s o u r c e s a r e c o n s u m e d q u i c k l y a s t h e n o d e s

1


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p a r t i c i p a t e i n t h e n e t w o r k f u n c t i o n s . F o r i n s t a n c e , b a t t e r y p o w e r i s c o n s i d e r e d

t o b e m o s t i m p o r t a n t i n a m o b i l e e n v i r o n m e n t . A n i n d i v i d u a l m o b i l e n o d e m a y

a t t e m p t t o b e n e t f r o m o t h e r n o d e s , b u t r e f u s e t o s h a r e i t s o w n r e s o u r c e s . S u c h

n o d e s a r e c a l l e d s e l s h o r m i s b e h a v i n g n o d e s a n d t h e i r b e h a v i o r i s t e r m e d s e l f -

i s h n e s s o r m i s b e h a v i o r [ 2 ] . O n e o f t h e m a j o r s o u r c e s o f e n e r g y c o n s u m p t i o n i n

t h e m o b i l e n o d e s o f M A N E T s i s w i r e l e s s t r a n s m i s s i o n [ 3 ] . A s e l s h n o d e m a y

r e f u s e t o f o r w a r d d a t a p a c k e t s f o r o t h e r n o d e s i n o r d e r t o c o n s e r v e i t s o w n e n -

e r g y . S e v e r a l t e c h n i q u e s h a v e b e e n p r o p o s e d t o d e t e c t a n d a l l e v i a t e t h e e e c t s o f

s u c h s e l s h n o d e s i n M A N E T s [ 4 ] , [ 5 ] , [ 6 ] , [ 7 ] , [ 8 ] , a n d [ 9 ] . I n [ 4 ] , t w o t e c h n i q u e s

w e r e i n t r o d u c e d , n a m e l y , w a t c h d o g a n d p a t h r a t e r , t o d e t e c t a n d m i t i g a t e t h e

e e c t s o f t h e r o u t i n g m i s b e h a v i o r , r e s p e c t i v e l y . T h e w a t c h d o g t e c h n i q u e i d e n -

t i e s t h e m i s b e h a v i n g n o d e s b y o v e r h e a r i n g o n t h e w i r e l e s s m e d i u m . T h e p a t h

r a t e r t e c h n i q u e a l l o w s n o d e s t o a v o i d t h e u s e o f t h e m i s b e h a v i n g n o d e s i n a n y

f u t u r e r o u t e s e l e c t i o n s . T h e w a t c h d o g t e c h n i q u e i s b a s e d o n p a s s i v e o v e r h e a r -

i n g . U n f o r t u n a t e l y , i t c a n o n l y d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t t h e n e x t - h o p n o d e

s e n d s o u t t h e d a t a p a c k e t . T h e r e c e p t i o n s t a t u s o f t h e n e x t - h o p l i n k ' s r e c e i v e r

i s u s u a l l y u n k n o w n t o t h e o b s e r v e r . I n o r d e r t o m i t i g a t e t h e a d v e r s e e e c t s o f

r o u t i n g m i s b e h a v i o r , t h e m i s b e h a v i n g n o d e s n e e d t o b e d e t e c t e d s o t h a t t h e s e

n o d e s c a n b e a v o i d e d b y a l l w e l l - b e h a v e d n o d e s . I n t h i s p r o j e c t , w e f o c u s o n

t h e f o l l o w i n g p r o b l e m : M i s b e h a v i o r D e t e c t i o n a n d M i t i g a t i o n . I n M A N E T s ,

r o u t i n g m i s b e h a v i o r c a n s e v e r e l y d e g r a d e t h e p e r f o r m a n c e a t t h e r o u t i n g l a y e r .

S p e c i c a l l y , n o d e s m a y p a r t i c i p a t e i n t h e r o u t e d i s c o v e r y a n d m a i n t e n a n c e p r o -

c e s s e s b u t r e f u s e t o f o r w a r d d a t a p a c k e t s . H o w d o w e d e t e c t s u c h m i s b e h a v i o r ?

H o w c a n w e m a k e s u c h d e t e c t i o n p r o c e s s e s m o r e e c i e n t ( i . e . , w i t h l e s s c o n t r o l

o v e r h e a d ) a n d a c c u r a t e ( i . e . , w i t h l o w f a l s e a l a r m r a t e a n d m i s s e d d e t e c t i o n

r a t e )

?W e p r o p o s e t h e 2 A C K s c h e m e t o m i t i g a t e t h e a d v e r s e e e c t s o f m i s b e -

h a v i n g n o d e s . T h e b a s i c i d e a o f t h e 2 A C K s c h e m e i s t h a t , w h e n a n o d e f o r w a r d s

a d a t a p a c k e t .

2 Objectives

C r e d i t - B a s e d S c h e m e s

R e p u t a t i o n - B a s e d S c h e m e s

E n d - t o - e n d A c k n o w l e d g m e n t S c h e m e s

O t h e r P r i o r S t a t e - o f - t h e - a r t S c h e m e s

T h e T W O A C K a n d S - T W O A C K S c h e m e s

T h e R A C K S c h e m e

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3 Dissertation Category

W i r e l e s s a n d M o b i l e C o m p u t i n g

4 Tools/Platform, Hardware and Software re-quirements with specifications

4.1 Server side requirements

Type of Computer : I B M c o m p a t i b l e P C

Processor: P e n t i u m I V - 7 3 3 M H Z o n w a r d s

RAM : 2 5 6 M B

Operating System: L i n u x / W i n d o w s 9 5 o n w a r d s

Network: C l i e n t - S e r v e r N e t w o r k

Front-End : J A V A

IDE : M y E c l i p s e 5 . 0 / N e t b e a n s

4.2 Client side requirements

Type of Computer: I B M c o m p a t i b l e P C

Processor : P e n t i u m I V - 7 3 3 M H Z o n w a r d s

RAM : 2 5 6 M B

Operating System: L i n u x / W i n d o w s 9 5 o n w a r d s

Network : C l i e n t - S e r v e r N e t w o r k

IDE : M y E c l i p s e 5 . 0 / N e t b e a n s

5 Definition of the problem and requirement spec-ifications

P r o b l e m o f R o u t i n g M i s b e h a v i o r

N o t a t i o n s a n d A s s u m p t i o n s

R o u t i n g M i s b e h a v i o r M o d e l

P r o b a b i l i t y o f M i s b e h a v i n g R o u t e s

6 Scope of the Solution

T h e R A C K S c h e m e

C o m p a r i s o n w i t h O v e r h e a r i n g T e c h n i q u e s

A u t h e n t i c a t i n g t h e R A C K P a c k e t s

C o r r e c t n e s s a n d T h r e s h o l d P r o p e r t y

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T r a c e a b i l i t y o f S i g n e r s

T i m e o u t f o r R A C K R e c e p t i o n

C o a l i t i o n - R e s i s t a n c e a n d B r e a k - R e s i s t a n c e

7 Analysis

7.1 Existing system

N o o f D u p l i c a t e s i n t h e n e t w o r k

A d m i n i s t r a t i v e O v e r h e a d t o k e e p

U n i v e r s a l F o r g e r y A t t a c k

R u s h i n g

7.2 Proposed system

P a c k e t P u r s e M o d e l a n d t h e P a c k e t T r a d e M o d e l . I n t h e P a c k e t P u r s e M o d e l ,

n u g g e t s a r e l o a d e d i n t o t h e p a c k e t b e f o r e i t i s s e n t . T h e s e n d e r p u t s a c e r t a i n

n u m b e r o f n u g g e t s o n t h e d a t a p a c k e t t o b e s e n t . E a c h i n t e r m e d i a t e n o d e

e a r n s 1 I t w i l l b e c o m e c l e a r l a t e r t h a t t h e a c k n o w l e d g m e n t i n t h e R A C K s c h e m e

i s d i e r e n t f r o m S A C K i n T C P . n u g g e t s i n r e t u r n f o r f o r w a r d i n g t h e p a c k e t .

I f t h e p a c k e t e x h a u s t s i t s n u g g e t s b e f o r e r e a c h i n g i t s d e s t i n a t i o n , t h e n i t i s

d r o p p e d . I n t h e P a c k e t T r a d e M o d e l , e a c h i n t e r m e d i a t e n o d e b u y s t h e p a c k e t

f r o m t h e p r e v i o u s n o d e f o r s o m e n u g g e t s , a n d s e l l s i t t o t h e n e x t n o d e f o r

m o r e n u g g e t s . T h u s , e a c h i n t e r m e d i a t e n o d e e a r n s s o m e n u g g e t s f o r p r o v i d i n g

t h e f o r w a r d i n g s e r v i c e , a n d t h e o v e r a l l c o s t o f s e n d i n g t h e p a c k e t i s b o r n e b y

t h e d e s t i n a t i o n .

7.3 Complete structure

MODULE 1 : S E N D E R M O D U L E

MODULE 2: R E C E I V E R M O D U L E

MODULE 3: I N T E R M E D I A T E M O D U L E

MODULE 4 : D E L I V E R Y M O D U L E

MODULE 5: R E A D C H A N N E L M O D U L E

7.4 Data structure

1 . R e q u e s t d a t a s t r u c t u r e T h i s i s t h e d a t a o r t h e m e s s a g e s e n d i n g f r o m t h e

s e n d e r t o t h e r e c e i v e r . M D 5 ( S e n d e r I d : S e n d e r P a s s w o r d ) | B a s e 6 4 ( l e n g t h )

| B a s e 6 4 ( ( m e s s a g e | m e s s a g e I D ) | M D 5 ( E n d S t r i n g )

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2 . R e s p o n s e d a t a s t r u c t u r e R e s p o n s e d a t a s t r u c t u r e r e f e r s t o r e s p o n s e m e s -

s a g e f r o m t h e r e c e i v e r t o s e n d e r o n r e q u e s t m e s s a g e s e n t , d e l i v e r y n o t i -

c a t i o n m e s s a g e a n d r e a d r e p l y m e s s a g e .

3 . R e s p o n s e : A C K : S U C C E S S / A C K : F A I L U R E

4 . D e l i v e r y N o t i c a t i o n : S U C C E S S / F A I L U R E

5 . R e a d R e p l y N o t i c a t i o n : S U C C E S S / F A I L U R E

8 Flow mechanism

T h e F l o w D i a g r a m i n t h e g u r e 1 . p i c t o r i a l l y r e p r e s e n t s t h e c o d e s e c u r i t y .

Figure 1: Flow diagram - Code Security

9 Future scope and further enhancement in theinvestigation

W e h a v e i n v e s t i g a t e d t h e p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n c a u s e d b y s u c h s e l s h ( m i s -

b e h a v i n g ) n o d e s i n M A N E T s . W e h a v e p r o p o s e d a n d e v a l u a t e d a t e c h n i q u e ,

t e r m e d R A C K , t o d e t e c t a n d m i t i g a t e t h e e e c t o f s u c h r o u t i n g m i s b e h a v i o r .

T h e R A C K t e c h n i q u e i s b a s e d o n a s i m p l e 2 - h o p a c k n o w l e d g m e n t p a c k e t t h a t i s

s e n t b a c k b y t h e r e c e i v e r o f t h e n e x t - h o p l i n k . C o m p a r e d w i t h o t h e r a p p r o a c h e s

t o c o m b a t t h e p r o b l e m , s u c h a s t h e o v e r h e a r i n g t e c h n i q u e , t h e R A C K s c h e m e

o v e r c o m e s s e v e r a l p r o b l e m s i n c l u d i n g a m b i g u o u s c o l l i s i o n s , r e c e i v e r c o l l i s i o n s ,

a n d l i m i t e d t r a n s m i s s i o n p o w e r s . T h e R A C K s c h e m e c a n b e u s e d a s a n a d d - o n

t e c h n i q u e t o r o u t i n g p r o t o c o l s s u c h a s D S R i n M A N E T s . W e h a v e f o c u s e d o n l y

5


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o n l i n k m i s b e h a v i o r . I t i s m o r e d i c u l t t o d e c i d e t h e b e h a v i o r o f a s i n g l e n o d e .

T h i s i s m a i n l y d u e t o t h e f a c t t h a t c o m m u n i c a t i o n t a k e s p l a c e b e t w e e n t w o

n o d e s a n d i s n o t t h e s o l e e o r t o f a s i n g l e n o d e . T h e r e f o r e , c a r e m u s t b e t a k e n

b e f o r e p u n i s h i n g a n y n o d e a s s o c i a t e d w i t h t h e m i s b e h a v i n g l i n k s . W h e n a l i n k

m i s b e h a v e s , e i t h e r o f t h e t w o n o d e s a s s o c i a t e d w i t h t h e l i n k m a y b e m i s b e h a v -

i n g . I n o r d e r t o d e c i d e t h e b e h a v i o r o f a n o d e a n d p u n i s h i t , w e m a y n e e d t o

c h e c k t h e b e h a v i o r o f l i n k s a r o u n d t h a t n o d e .

10 Bibiliography

References[ 1 ] H . M i r a n d a a n d L . R o d r i g u e s , P r e v e n t i n g S e l s h n e s s i n O p e n M o b i l e A d

H o c N e t w o r k s , P r o c . S e v e n t h C a b e r N e t R a d i c a l s W o r k s h o p , O c t . 2 0 0 2 .

[ 2 ] L . B u t t y a n a n d J . - P . H u b a u x , S e c u r i t y a n d C o o p e r a t i o n i n W i r e l e s s N e t -

w o r k s , h t t p : / / s e c o w i n e t . e p . c h / , 2 0 0 6 .

[ 3 ] L . M . F e e n e y a n d M . N i l s s o n , I n v e s t i g a t i n g t h e E n e r g y C o n s u m p t i o n o f a

W i r e l e s s N e t w o r k I n t e r f a c e i n a n A d H o c N e t w o r k i n g E n v i r o n m e n t , P r o c .

I E E E I N F O C O M , 2 0 0 1 .

[ 4 ] S . M a r t i , T . G i u l i , K . L a i , a n d M . B a k e r , M i t i g a t i n g R o u t i n g M i s b e h a v i o r

i n M o b i l e A d H o c N e t w o r k s , P r o c . M o b i C o m , A u g . 2 0 0 0 .

[ 5 ] L . B u t t y a n a n d J . - P . H u b a u x , E n f o r c i n g S e r v i c e A v a i l a b i l i t y i n M o b i l e

A d - H o c W A N s , P r o c . M o b i H o c , A u g . 2 0 0 0

[ 6 ] J . K o n g , P . Z e r f o s , H . L u o , S . L u , a n d L . Z h a n g , P r o v i d i n g R o b u s t a n d

U b i q u i t o u s S e c u r i t y S u p p o r t f o r M o b i l e A d - H o c N e t w o r k s , P r o c . I E E E

I n t ' l C o n f . N e t w o r k P r o t o c o l s ( I C N P ' 0 1 ) , 2 0 0 1 .

[ 7 ] . A a d , J . - P . H u b a u x , a n d E - W . K n i g h t l y , D e n i a l o f S e r v i c e R e s i l i e n c e i n

A d H o c N e t w o r k s , P r o c . M o b i C o m , 2 0 0 4 .

[ 8 ] L . B u t t y a n a n d J . - P . H u b a u x , S t i m u l a t i n g C o o p e r a t i o n i n S e l f - O r g a n i z -

i n g M o b i l e A d H o c N e t w o r k s , A C M / K l u w e r M o b i l e N e t w o r k s a n d A p p l i -

c a t i o n s , v o l . 8 , n o . 5 , 2 0 0 3 .

[ 9 ] L . Z h o u a n d Z . J . H a a s , S e c u r i n g A d H o c N e t w o r k s , I E E E N e t w o r k M a g -

a z i n e , v o l . 1 3 , n o . 6 , N o v . / D e c . 1 9 9 9

[ 1 0 ] F . S t a j a n o a n d R . A n d e r s o n , T h e R e s u r r e c t i n g D u c k l i n g : S e c u r i t y I s s u e s

i n A d - H o c W i r e l e s s N e t w o r k s , P r o c . S e v e n t h I n t ' l W o r k s h o p S e c u r i t y P r o -

t o c o l s , 1 9 9 9 .

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Adhoc Networks - RAck Scheme

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