NETWORK  ANALYSIS  AND  ROUTING  EVALUATION:  

THE  NARVAL  MODULE  Foued  Melakessou  

University  of  Luxembourg  Interdisciplinary  Centre  for  Security,  Reliability  and  Trust  (SnT)  

 Edouard  VII  ConvenOon  Center  

 SCILABTEC  15-­‐16  May  2014  

6th  InternaOonal  Users  Conference  

Weicker Building

•  The  University  of  Luxembourg,  founded  in  2003,  is  mul;lingual,  interna;onal  and  strongly  focused  on  research.  Its  students  and  researchers  have  chosen  a  modern  ins;tu;on  with  a  personal  atmosphere,  close  to  European  ins;tu;ons,  interna;onal  companies  and  Luxembourg’s  financial  centre.  

•  Interdisciplinary  Centre  for  Security,  Reliability  and  Trust  (SnT),  created  in  2009.  –  European  research  centre  of  excellence  and  innova;on  in  Security  and  Trust  

•  APSIA:  Applied  Security  and  Informa;on  Assurance  •  A&C:  Automa;on  and  Control  •  NETLAB:  Networking  Laboratory  •  RNES:  Reliable  Networked  Energy  Systems  •  SERVAL:  Security  and  Valida;on  of  Services  and  Networks  •  SIGCOM:  Signal  Processing  &  Satellite  Communica;ons  •  SVV:  SoVware  Valida;on  and  Verifica;on  

–  High  quality  and  interna;onally  aYrac;ve  PhD  program  –  Pla[orm  for  research  collabora;on  with  partners  

Partnership  Program  •  Platform for interaction and cooperation with industrial and government partners •  Positive impact on the region’s business

BUTLER  Project  •  Design  and  demonstrate  prototype  of  a  comprehensive,  

pervasive  and  effecOve  Context-­‐Aware  informa;on  system,  which  will  operate  transparently  and  seamlessly  across  various  scenarios  towards  a  unified  Smart  Life  environment  

•  Smart  Object  &  Smart  Server  &  Smart  Mobile  •  Domain:  Home,  Health,  Transport,  City  and  Shopping  •  Internet-­‐of-­‐Things  (IoT):  Large  number  of  constrained  and  

low  cost  embedded  devices  –  low  power  consump;on  (baYeries)  –  Limited  ROM/RAM  (specific  Opera;ng  Systems:  CONTIKI,  TinyOS)  –  Wireless  communica;on  range  (802.15.4)  etc.  

4

Module  DescripOon  &  Goal  

•  Analysis  of  network  protocols  and  algorithms  •  NARVAL  (Network  Analysis  and  Rou;ng  eVALua;on)  

–  Complete  soVware  environment  enabling  the  understanding  of  available  communica;on  algorithms,  but  also  the  design  of  new  schemes  

–  Graph  Op;miza;on,  Topology,  Internet  Traffic,  Rou;ng,  Transmission  Protocol,  Route  Diversity,  Mobility,  Security,  Anonymity,  Path  Planning,  Wireless  Sensor  Network,  etc.  

–  Target  audience:  academics,  students,  engineers  and  scien;sts  

5

NARVAL

Network Analysis and Routing eVALuation

c

Ver 3.0

Network  Model  •  Node  Ni(Xi,Yi,Ei)  •  Link  Lj(Hj,Tj,Wj)  

•  Wj:  propaga;on  delay,  bandwidth,  hop  count,  traffic  load,  etc.  

•  Compute  the  best  path  between  two  nodes  Ne  and  Nr  in  respect  with  a  specific  objec;ve  func;on  to  op;mize  

 

6

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

R

A

Ne

Mobile Node

Access PointA

Backbone L1

Backbone L2

Backbone L3

Nx

X

Y

Ny

Vx

Vy

Nr

A

A

A

A

NARVAL  Requirements    

•  Scilab  >=  5.3.3  •  hYp://atoms.scilab.org/toolboxes/NARVAL  •  New  release  is  under  development  and  will  be  uploaded  soon  (Scilab  5.5.0)  

7

NARVAL  Squeleton  1/3  

•  NL_F  (29  func;ons)  –  Random  generators,  –  Nodes’  coordinates,  –  Nodes’  selec;on,  –  Histogram,  Etc.  

•  NL_G  (82  func;ons)  –  Graph  genera;on  and  modifica;on  (Addi;on/dele;on  of  nodes/edges),  –  Neighborhood  extrac;on,  –  Visualiza;on  tools,  –  Sta;s;cs,  Etc.  

•  NL_I  (30  func;ons)  –  Connec;on  manager,  –  Packet  manager,  –  Route  manager,  –  Transport  protocols  (UDP,  TCP,  MPTCP)  and  Sliding  window  manager,  Etc.  

8

NARVAL  Squeleton  2/3  

•  NL_M  (20  func;ons)  –  MANET/VANET  in  free/constrained  space,  –  Random  direc;on,  –  Random  walk,  –  Random  way  point,  Etc.  

•  NL_R  (93  func;ons)  –  Rou;ng  algorithms,  –  AODV,  –  Spanning  tree,  BFS  and  DFS,  –  Bellman-­‐Ford,  Dijkstra,  Flood,  RPL  and  ARC,  Etc.  

•  NL_S  (34  func;ons)  –  Network  security,  –  AES  encryp;on/decryp;on,  –  RSA  encryp;on/decryp;on,  –  Informa;on  slicing,  Etc.  

9

NARVAL  Squeleton  3/3  

•  NL_T  (13  func;ons)  –  Topology  generator,  –  Waxman  algorithm,  –  Locality  model,  –  Hierarchical  model,  Etc.  

•  NL_V  (29  func;ons)  –  Path  planning  in  constrained  environment,  –  Scene  defini;on  with  obstacles,  –  Computer  vision  algorithms  (dilata;on,  erosion,  Moravec,  etc.)  –  Visibility  graph,  Etc.  

10

Current  Research  with  NARVAL  

•  Path  extension  analysis  of  P2P  communica;on  in  small  6LoWPAN/RPL  networks  (MASCOTS’13)  

–  Longer  paths  imply  larger  energy  waste  –  Sta;s;cal  analysis  of  point-­‐to-­‐point  communica;ons  (path  

hop  length)  inside  random  Wireless  Sensor  Network  (WSN)  topologies  (LR:  RPL  &  LD:Dijksra)  

–  Impact  of  the  sink  loca;on,  the  network  size  

•  Towards  a  new  way  of  reliable  rou;ng:  mul;ple  paths  over  ARCs    

11

0.00 2.44 4.89 7.33 9.78 12.22 14.67 17.11 19.56 22.000.00

2.44

4.89

7.33

9.78

12.22

14.67

17.11

19.56

22.00

L D

L R

D

R

A

CD

B

M K

JFL E

N G H I

Rev

RevRev

Rev

Rev

Rev

Rev

1

2

3

4

5

67

8

910

11

1213 14 15

16 17

18

1920212223

24

25

2627

2829

30

31

32 33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

5152

53

54

55

56

57

58

59 60

61

A1

A2 A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

Conclusion  &  PerspecOve  

•  NARVAL  (Network  Analysis  and  Rou;ng  eVALua;on)  is  a  Scilab  module  enabling  the  understanding  of  available  communica;on  algorithms,  but  also  the  design  of  new  schemes  in  order  to  evaluate  and  improve  the  traffic  behavior  and  distribu;on  on  network  topologies  defined  by  the  user.  

•  hYp://atoms.scilab.org/toolboxes/NARVAL    •  Future  work  

–  Networking:  DNS,  DHCP,  etc.  –  New  topology  generators  –  Fault  tolerance:  global  repair  vs  local  repair  –  Data  aggrega;on:  Wireless  Sensor  Network  –  Localiza;on  algorithms:  Coopera;ve  vs  Non-­‐Coopera;ve    –  Rou;ng  Algorithms:  RIP,  DYMO,  DSR,  OLSR  (MPR),  OSPF,  ACO,  etc.  –  Mobility:  Gauss-­‐Markov,  smooth  random,  reference  point  group,  obstacle,  Markovian  random  walk,  simple  individual  

mobility  markovian,  generic  individual  mobility  markovian,  etc.    

12

THANK  YOU  !  

Contact  foued.melakessou@uni.lu