Técnicas de Reputación para Redes de Comunicaciones Inalámbricas Multi-Salto

Abstract

En las redes MANET, las funciones de establecimiento y mantenimiento de la red deben ser realizadas por los propios nodos que la componen de manera distribuida. Esta característica les otorga una gran versatilidad y adaptabilidad, pero al mismo tiempo exige que se preste una especial atención a la seguridad de la red, para garantizar su correcto funcionamiento. Entre las funciones que deben realizar los nodos que forman parte de una red MANET están el enrutamiento y la retransmisión de los paquetes. Estas funciones permiten que paquetes generados en un cierto nodo origen puedan ser encaminados y retransmitidos por distintos nodos retransmisores hasta llegar al nodo destino a través del medio inalámbrico, aunque origen y destino no se encuentren dentro del rango de transmisión directo. Estos procesos exigen la cooperación de los nodos que componen la red, que a cambio pueden disfrutar de las ventajas de su utilización en su propio beneficio. Sin esta cooperación, la conectividad de la red y su propia existencia se pueden ver seriamente comprometidas. La cooperación de los nodos en este tipo de redes debe ser incentivada para evitar que algunos nodos, denominados egoístas, utilicen la red sin prestar a cambio sus propios recursos de comunicación para su mantenimiento. En las técnicas de incentivo a cooperación basadas en reputación, cada nodo utiliza distintas herramientas para detectar a aquellos nodos que no cooperan adecuadamente en la retransmisión de los paquetes de datos. Su objetivo es evitar que los nodos egoístas participen como nodos retransmisores (ya que no son fiables y pueden descartar los paquetes en vez de retransmitirlos) o como orígenes o destino de datos (para incentivarlos a cooperar si quieren beneficiarse de la utilización de la red). En este contexto, la presente tesis se centra en el diseño y evaluación de técnicas de incentivo a la cooperación basadas en reputación capaces de detectar y aislar convenientemente a los nodos egoístas en redes MANET. En primer lugar se establecen y analizan las condiciones y los procedimientos apropiados para la evaluación correcta de las técnicas de reputación en una red MANET con presencia de nodos egoístas. Se demuestra que en trabajos anteriores no se había estudiado la importancia de la utilización de modelos de canal realistas para la evaluación del rendimiento de las técnicas de reputación. Tras el dimensionamiento de las condiciones de simulación, se aprecia un incremento notable del número de ocasiones en que las técnicas acusan incorrectamente a nodos cooperativos de estar comportándose egoístamente. Esto está motivado por la imprecisión del proceso de observación del comportamiento de los nodos, provocada por errores de transmisión radio y colisiones de paquetes. El efecto final de todo ello es que se reduce la conectividad de la red, debido a que el aislamiento al que se somete a los nodos acusados incorrectamente provoca una reducción del número de rutas seguras. En este contexto, se proponen y analizan tres mecanismos que, mediante diferentes enfoques, tratan reducir el número de acusaciones incorrectas de las técnicas de reputación y paralelamente, aumentar el número de rutas seguras disponibles y la conectividad de la red. Por otro lado, se estudia el comportamiento de ciertos nodos egoístas que no descartan todos los paquetes que deben retransmitir, sino únicamente una fracción aleatoria de ellos. Este comportamiento hace más difícil su detección, que exhibe un compromiso entre la rapidez de detección y el error cometido al acusar a nodos cooperativos o no detectar a nodos egoístas. Se proponen y analizan técnicas de detección exponenciales que mejoran este compromiso frente a las tradicionales técnicas bayesianas. Además, en la última parte de la tesis, se propone aprovechar el uso de la infraestructura de red celular, en el marco de las redes de comunicaciones multi-salto celulares, para mejorar las características de seguridad de las redes MANET convencionales. En este contexto, se diseñan y evalúan técnicas de reputación que logran alcanzar los objetivos de rendimiento planteados inicialmente: aislamiento efectivo de los nodos con un comportamiento egoísta y salvaguarda y aumento de la conectividad de los nodos cooperativos.