Enabling Wireless Cooperation in User Provided Networks

Abstract

This doctoral thesis investigates user provided networks. Such networks have become important research subjects in the field of informatics engineering due to the recent popularity of smart phones. User provided networks are independent from traditional Internet service providers. Communication and information exchange between users occurs opportunistically, i.e., when the smart phones are close enough to exchange information. Most user provided networks are based on the radio standard IEEE 802.11, popularly known as 'wi-fi'. However, some networks are based on other low range radio standards, such as Bluetooth and IEEE 802.15.4.

User provided networks are important to the society in general when the traditional Internet service providers become unavailable. For example, this may occur in terrorist attacks, earthquakes, or even cyber attacks. In these emergency situations, when users have a greater interest in common, an efficient system for non-presencial information exchange is necessary. Such networks are also interesting in a social context, when users must be incentivized to share their resources (storage capacity, wireless connectivity and battery) to enable the exchange of information. This doctoral thesis addresses both situations: i) networks whose users have a common interest and ii) networks whose users need to be encouraged to share resources.

Among the various contributions of this doctoral thesis are the Delay Tolerant Reinforcement-Based routing solution and the Messages on oFfer incentive mechanism. The first is a routing solution for users-provided networks when the users have a prior interest in common. The second is an incentive mechanism to encourage users to exchange information. Both solutions showed excellent results in the simulation environment.

Esta tese de doutoramento investiga as redes providas pelos usuários. Com a popularização do telemóvel esperto (smart phone) tais redes se tornaram objeto de pesquisa na área de engenharia informática. Uma característica básica das redes providas pelo usuário é a sua independência em relação aos provedores de serviço tradicionais. A comunicação e troca de informação entre usuários ocorre de forma oportuna, isto é, quando os telemóveis estão próximos o suficiente para se comunicarem. A maioria das redes providas por usuários é baseada no padrão de rádio IEEE 802.11, popularmente conhecido como 'wi-fi'. No entanto, algumas redes se baseiam em outros padrões de baixo alcance, por exemplo Bluetooth e IEEE 802.15.4.

As redes providas por usuários são importantes para a sociedade no advento dos provedores de serviço tradicionais ficarem indisponíveis. Por exemplo, isso pode ocorrer em ataques terroristas, terremotos, ou mesmo em ataques virtuais. Nessas situações de emergência, quando os usuários têm um interesse maior em comum, é necessário um sistema de troca de mensagens não presencial eficiente. Tais redes também são importantes em um contexto social, quando os usuários precisam ser incentivados a compartilhar os seus recursos (capacidade de armazenamento, conectividade sem-fio e bateria) para que ocorra troca de informação. Essa tese de doutoramento aborda ambas as situações: i) redes cujos usuários têm um interesse em comum e ii) redes cujos usuários precisam ser incentivados a compartilhar recursos.

Dentro das diversas contribuições que esta tese de doutoramento apresenta estão a solução de roteamento Delay Tolerant Reinforcement-Based e o mecanismo de incentivo Messages on oFfer. A primeira é uma solução de encaminhamento para redes providas por usuários que tenham um interesse em comum prévio. A segunda é um mecanismo de incentivo para estimular que os usuários troquem informação quando não houver o interesse em comum. Ambas as soluções apresentaram excelentes resultados no ambiente de simulação desenvolvido nesta tese.