Cryptographic key exchange is considered to be a challenging problem in Delay Tolerant Networks (DTNs) operating in deep space environments. The difficulties and challenges are attributed to the peculiarities and constraints of the harsh communication conditions DTNs typically operate in, rather than the actual features of the underlying key management cryptographic protocols and solutions. In this paper we propose a framework for evaluation of key exchange protocols in a DTN setting. Our contribution is twofold as the proposed framework can be used as a decision making tool for automated evaluation of various communication scenarios with regards to routing decisions and as part of a method for protocol evaluation in DTNs.

In the traditional deductive approach in teaching any engineering topic, teachers would first expose students to the derivation of the equations that govern the behavior of a physical system and then demonstrate the use of equations through a limited number of textbook examples. This methodology, however, is rarely adequate to unmask the cause-effect and quantitative relationships between the system variables that the equations embody. Web-based simulation, which is the integration of simulation and internet technologies, has the potential to enhance the learning experience by offering an interactive and easily accessible platform for quick and effortless experimentation with physical phenomena. This paper presents the design and development of a web-based platform for teaching basic food engineering phenomena to food technology students. The platform contains a variety of modules ("virtual experiments") covering the topics of mass and energy balances, fluid mechanics and heat transfer. In this paper, the design and development of three modules for mass balances and heat transfer is presented. Each webpage representing an educational module has the following features: visualization of the studied phenomenon through graphs, charts or videos, computation through a mathematical model and experimentation. The student is allowed to edit key parameters of the phenomenon and observe the effect of these changes on the outputs. Experimentation can be done in a free or guided fashion with a set of prefabricated examples that students can run and self-test their knowledge by answering multiple-choice questions.

No abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετούμε εφαρμογές και αλγορίθμους σε Δίκτυα Ανεκτικά στις Καθυστερήσεις και τις Διακοπές (Delay-Disruption Tolerant Networking – DTN), εστιάζοντας, κατά κύριο λόγο, σε παραδοσιακά δίκτυα υποδομής που συνδυάζουν ενσύρματες και ασύρματες συνδέσεις. Η αρχιτεκτονική DTN σχεδιάστηκε με γνώμονα τη λειτουργία υπό συνθήκες μεγάλων καθυστερήσεων διάδοσης και έλλειψης συνεχούς συνδεσιμότητας από άκρο σε άκρο, καθώς και με σκοπό να παράσχει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο διασύνδεσης ετερογενών δικτύων υπολογιστών. Παρά το ότι ο αρχικός στόχος των εμπνευστών της αρχιτεκτονικής DTN ήταν η παροχή μίας ενοποιημένης πλατφόρμας για διαστημικές επικοινωνίες, η αρχιτεκτονική αυτή έχει προταθεί προς χρήση σε πλήθος εφαρμογών που περιλαμβάνουν επίγεια δίκτυα σταθερής υποδομής.Σε αυτά τα πλαίσια, επεκτείνουμε το DTN και αξιοποιούμε την προκύπτουσα αρχιτεκτονική για την επίλυση μίας σειράς προβλημάτων, ενώ επενδύουμε σημαντική προσπάθεια στην ανάπτυξη λεπτομερών εργαλείων προσομοίωσης, απαραίτητων για την αξιολόγιση των προτεινόμενων εφαρμογών. Οι προτεινόμενες λύσεις έχουν ως κοινό χαρακτηριστικό την ανάπτυξη του DTN ως υπερκείμενου στρώματος (overlay layer) σε παραδοσιακά IP δίκτυα και τη χρήση ευρέως διαδεδομένων πρωτοκόλλων όπως τα πρωτόλλα μεταφοράς του Internet TCP/UDP και το πρότυπο ασύρματης δικτύωσης 802.11. Έτσι, εκμεταλλευόμαστε τις εγγενείς δυνατότητες του DTN για δημιουργία υπερκείμενων δικτύων και για παροχή μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων εντός του δικτύου, αξιοποιώντας ταυτόχρονα το μηχανισμό μεταβίβασης επιμέλειας (custody transfer), και προτείνουμε λύσεις σε δικτυακά προβλήματα της τρέχουσας ερευνητικής βιβλιογραφίας.Η πρώτη εφαρμογή της αρχιτεκτονικής DTN, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, στοχεύει στην βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης φορητών, δικτυακών συσκευών, σε μία τυπική τοπολογία Διαδικτύου όπου το τελευταίο σκέλος της σύνδεσης είναι μία ασύρματη σύνδεση 802.11. Η εγγενής λειτουργικότητα για αποθήκευση-και-προώθηση (store-and-forward) του DTN χρησιμοποιείται με στόχο την κατακράτηση εισερχομένων δεδομένων στο Σταθμό Βάσης (Base Station), δίνοντας τη δυνατότητα στο φορητό δέκτη να θέσει την κάρτα ασύρματης δικτύωσης σε κατάσταση αναμονής (sleep). Με τον τρόπο αυτό εκμεταλλευόμαστε την ύπαρξη ενδεχόμενης επιπλέον χωρητικότητας της ασύρματης σύνδεσης, σε σχέση με την ενσύρματη σύνδεση ευρείας ζώνης που παρέχει τη σύνδεση με το Διαδίκτυο, εξοικονομώντας ενέργεια στο φορητό δέκτη.Στη δεύτερη περίπτωση, το DTN χρησιμοποιείται για την αποκεντρωμένη διάδοση διαστημικών δεδομένων στους τελικούς χρήστες μέσω του Διαδικτύου. Δορυφόροι σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη (Low Earth Orbit – LEO) συλλέγουν επιστημονικά δεδομένα και τα μεταδίδουν στους τελικούς χρήστες που είναι συνδεδεμένοι στο Διαδίκτυο, μέσω ενός μηχανισμού εκπομπής προσαρμοζόμενου στις ανάγκες της εκάστοτε διαστημικής αποστολής. Όταν τα δεδομένα βρεθούν στο έδαφος, διαδίδονται με τη βοήθεια ενός υπερκείμενου στρώματος DTN, ακολουθώντας την μέθοδο διομότιμης πολυεκπομπής (peer-to-peer multicasting). Ταχεία παράδοση των δεδομένων επιτυγχάνεται χάριν τόσο στη δημιουργία σύντομων διαδρομών προς τους ενδιαφερόμενους αποδέκτες, όσο στην αποσυμφόρηση του δικτύου λόγω της αποφυγής πολλαπλών περιττών μεταδόσεων.Η τρίτη εφαρμογή περιλαμβάνει μία προκαταρκτική έρευνα στο χώρο της δρομολόγησης με περιορισμούς αποθηκευτικού χώρου σε καιροσκοπικά (opportunistic) DTN δίκτυα. Ο στόχος του αλγορίθμου δρομολόγησης είναι να πετύχει αποδοτική και, ταυτόχρονα, δίκαιη κατανομή δικτυακών πόρων, σε ένα κατανεμημένο περιβάλλον, χωρίς την ύπαρξη μιας κεντρικής αρχής. Οι μηχανισμοί που χρησιμοποιούνται από τον αλγόριθμο δρομολόγησης είναι εμπνευσμένοι από τη Θεωρία Παιγνίων, ενώ η ίδια η δρομολόγηση αντιμετωπίζεται ως παίγνιο κατά το οποίο οι δικτυακοί κόμβοι προσπαθούν να μεγιστοποιήσουν την παράδοση των τοπικά παραχθέντων δεδομένων.Τα εργαλεία προσομοίωσης που απαιτούνται για την ανάπτυξη των λύσεων που αναφέρθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους υλοποιήθηκαν με λεπτομέρεια στο περιβάλλον δικτυακής προσομοίωσης ns-2. Καθώς ο ns-2 δεν παρείχε εγγενή υποστήριξη για DTN, δημιουργήσαμε το αντίστοιχο μοντέλο προσομοίωσης από μηδενική βάση. Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει λειτουργικότητα που ετείνεται σε ολόκληρη τη στοίβα πρωτοκόλλων και, πιο συγκεκριμένα, στα επίπεδα φυσικό (physical), σύνδεσης (link), ελέγχου πρόσβασης στο μέσο (MAC) και μεταφοράς (transport). Εκτός από τις ήδη αναφερθείσες εφαρμογές, το πλαίσιο προρσομείωσης που αναπτύχθηκε χρησιμοποιήθηκε για την υποστήριξη περιφερειακών πειραμάτων όπως οι κρυπτογραφικές λειτουργίες σε δίκτυα DTN.

In the traditional deductive approach in teaching any engineering topic, teachers would first expose students to the derivation of the equations that govern the behavior of a physical system and then demonstrate the use of equations through a limited number of textbook examples. This methodology, however, is rarely adequate to unmask the cause-effect and quantitative relationships between the system variables that the equations embody. Web-based simulation, which is the integration of simulation and internet technologies, has the potential to enhance the learning experience by offering an interactive and easily accessible platform for quick and effortless experimentation with physical phenomena.This paper presents the design and development of a web-based platform for teaching basic food engineering phenomena to food technology students. The platform contains a variety of modules (“virtual experiments”) covering the topics of mass and energy balances, fluid mechanics and heat transfer. In this paper, the design and development of three modules for mass balances and heat transfer is presented. Each webpage representing an educational module has the following features: visualization of the studied phenomenon through graphs, charts or videos, computation through a mathematical model and experimentation.  The student is allowed to edit key parameters of the phenomenon and observe the effect of these changes on the outputs. Experimentation can be done in a free or guided fashion with a set of prefabricated examples that students can run and self-test their knowledge by answering multiple-choice questions.