Proposal For M Sc Project Networks And Distributed Systems

4,367 views

Published on

This Document outlines my MSc. Dissertation Project Proposal, the purpose of which is to
propose a solution that will incorporate a people excluded from the cellular network as a
result of geographical challenges. The study will attempt to report the viability of Wireless
VoIP in geographically challenged areas, through an empirical study and simulation to
address areas related to performance in a wireless environment.

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,367
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6
Actions
Shares
0
Downloads
214
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Proposal For M Sc Project Networks And Distributed Systems

  1. 1. UNIVERSITY OF NAIROBI An Empirical Study and  Simulation of Wireless  VoIP in Areas that are Geographically Challenged Network Performance and Distributed  Computing    Kenneth Odhiambo ‐ P58/70655/2008 Supervisor: Theuri  3/21/2010  Study Programme: Masters in Computer Science (MSc. CS)  This Document outlines my MSc. Dissertation Project Proposal, the purpose of which is to propose a solution that will incorporate a people excluded from the cellular network as a result of geographical challenges. The study will attempt to report the viability of Wireless VoIP in geographically challenged areas, through an empirical study and simulation to address areas related to performance in a wireless environment. 
  2. 2. Table of Contents Contents 1.  Introduction ....................................................................................................................... 2 1.1.  Problem description ....................................................................................................... 2 1.2.  Objective.......................................................................................................................... 3 1.3.  Importance of Study (to the MSc. CS) ............................................................................ 3 1.4.  Scope of Study: ................................................................................................................ 4 2.  Literature Review ............................................................................................................... 5 3.  Methodology ....................................................................................................................... 7 4.  Resources Required ............................................................................................................ 8 4.1.  Software Components..................................................................................................... 8 4.2.  Hardware Resources ...................................................................................................... 8 4.3.  Other Resources .............................................................................................................. 8 5.  Time Schedule..................................................................................................................... 9 6.  Bibliography ..................................................................................................................... 10 1|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  3. 3. 1. Introduction The most prevalent and successful wireless technologies are all cellular. Cellular carriers are scrambling  to  provide  fast,  efficient  IP  transport  mechanisms  across  the  various  cellular networks.  But  therein  lies  a  lot  of  the  problem.  With  wireless  technology,  challenges  are often about finding a line of sight — a clear path from the office or transmitter beaming out the internet signal to the home or business receiving it.  Thus, forested areas, mountainous regions and remote villages will most certainly be overlooked by cellular carriers, given that these kinds of terrain require several towers to be setup and this is simply not cost‐effective for  most  cellular  carriers.  Cellular  carriers  thrive  on  high  demand  for  voice  services  which usually have a high cost of deployment.  Fixed wireless VoIP is cheaper to deploy and has much higher data capacity but the end‐user device  (usually  a  computer)  is  more  expensive  than  a  cellphone.  These  not  withstanding, wireless  devices  are  experiencing  a  plummet  in  prices  globally;  this  is  also  reflected  in  the local market.  A key point to note is that once connectivity has been brought to a reasonable distance  then  it  can  be  spread  to  the  challenged  area  by  setting  up  a  Wi‐Fi  VoIP  mesh network.  Creating  a  local  community  wireless  network  can  be  done  quickly  using  off‐the‐shelf  components.  The  real  challenge  is  to  build  enough  demand  to  make  such  a  network financially sustainable. The best way to do this is through telephony. A considerable latent demand  for  person‐to‐person  communication  already  exists,  and  phones  are  easy  to  use, have low maintenance and support costs, and can support a wide range of voice based and data services. Therefore,  this  study  will  assess  the  use  of  wireless  VoIP  technologies  for  promoting telecommunication development and applications in the geographically challenged areas.  1.1. Problem description The  country  of  Kenya  boasts  some  39  million  people  (as  of  the  recent  census  –  not  yet confirmed) living in an area spanning 582,650 sq km with the rift valley as one of the major land marks, deserts to the north, forests and mountainous in the central and western part of the country and a few islands in the Coastal and Nyanza provinces. With the country’s sheer size,  come  the  inevitable  geographical  challenges  of  deploying  microwave  technology 2|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  4. 4. successfully.  With  microwave  being  the  de  facto  connectivity  method  in  Kenya,  We  are forced to deal with the challenges that it brings such as susceptibility to a number of factors that  lead  to  signal  degradation  and  eventually  loss  of  that  signal  consequently  we  get  a communication breakdown. Some of these factors include signal attenuation over distance, lack  of  line  of  sight  (LoS),  noise  addition  to  the  signal  etc.  Thus,  Although  Kenya  has  an expansive  microwave  network,  in  certain  areas  communication  is  still  a  problem.    The microwave network is mainly used for voice communication, with data coming of age slowly. Only 1 in 400 Kenyans have regular Internet access despite the plunging costs of connectivity, yet Voice over IP (VoIP) has been touted as a significantly lower‐cost communication media.  With  these  in  mind,  we  want  to  look  at  how  communication  can  be  delivered  to geographically  challenged  areas  that  cellular  providers  overlook  while  taking  into consideration challenges such as performance, quality of service, and resource optimization of VoIP.   1.2. Objective  The  main  objective  is  to  study  and  document  ways  of  delivering  wireless  VoIP  to geographically challenged areas at lower costs while maintaining high performance,  Other objectives include  1. To  determine  the  quality  of  service  offered  by  wireless  VoIP  in  geographically  challenged areas  2. Simulate  a  Wireless  VoIP  Network  with  focus  on  Reliability  and  suggest  ways  of  addressing the resultant problems  3. To report the finding of the study and simulations   1.3. Importance of Study (to the MSc. CS) VoIP  is  a  rapidly  evolving  technology  that  could  possibly  revolutionize  the telecommunication  industry.  When  implemented  on  wireless  data  networks,  VoIP  could prove  to  be  instrumental  in  the  convergence  of  existing  fixed  and  cellular  telephony networks  with  the  fast  growing  wired  and  wireless  data  networks.  Capacity  and  Quality  of Service  are  two  of  the  most  important  issues  that  need  to  be  resolved  before  the commercial deployment of wireless VoIP. 3|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  5. 5. 1.4. Scope of Study: The study focuses on the quality of VoIP in wireless networks with mobile devices both in lab and live network environment setups by conducting a methodic performance analysis. Likewise, our study will encompass the signaling performance required for VoIP applications. We will evaluate VoIP quality and signaling performance in non challenged environment. The Session initiation protocol (SIP) will be the selected protocol for use during experimentation. The Study will be conducted in Nairobi area in the following selected areas;    Kileleshwa Estate – A highly vegetative area with new high‐rise buildings springing up.    Kiserean Region,  ‐ A hilly suburb with sparsely populated settlements   Nairobi Dam – This area will represent regions with larges quantities of water bodies Our study takes into consideration both the performance of the network and also the performance of real embedded VoIP clients. In addition, we validate the results, by comparing them to the actual performance in areas with clear lines of sight from the service providers within the Nairobi Region. Based on the results, we analyze the primary differences in performance between simulations found in the literature, our lab experiences and a live network case study. Finally, we discuss possible features that can improve the performance enough in current and future releases to support Wireless VoIP in geographically challenged areas.  4|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  6. 6. 2. Literature Review An extensive research on the area under discussion will be reviewed, this will feature major literatures  on  Wireless  mesh  networks,  VoIP    and  the  surrounding  technologies  Also  best practices  and  guidelines  used  in  the  networking  projects  are  reviewed.  Some  of  the indicative literature review is given below:    1. Corinna “Elektra” Achele et al, Wireless Networking in the Developing World, first  Edition, Limehouse Book Sprint Team, 2006  This  book  looks  at  a  practical  introduction  to  radio  physics  with  details  on  how  a  wireless infrastructure can be built for very little cost compared to traditional wired  alternatives.  Light  is  shed  on  where  waves  emanating  from  device  are  going,  what  happens when they bounce off objects and how they can be used in the same area  without  interfering  with  each  other.  It  examines  the  intricacies  of  antennas  and  transmission lines receiving signals and passing them to the receiver with minimum  amount of distortion for decoding.     2. Paul J.  Fong et al,  Configuring Voice over  IP, Second edition, Syngress Publishing,  Inc. 800 Hingham Street Rockland, MA 02370, USA, 2002.  To truly add value to wireless VoIP, it is imperative that information relating to new  technologies is taken into account, with coverage of topics such as Session Initiation  Protocol  (SIP)  and  Media  Gateway  Control  Protocol  (MGCP).  VoIP  networks  are  required to interconnect in some manner with a traditional voice network, such as to  the  public  switched  telephone  network.  An  understanding  of  traditional  voice‐ networking  technology  is  also  invaluable  because  the  historic  aspects  of  voice  networking  provide  an  insight  into  why  certain  VoIP  protocols  are  designed  and  operate the way they do. After all, there would be no VoIP without traditional voice!  This  book  offers  a  review  of  the  available  QoS  techniques,  it  also  provides  actual  configurations  of  ways  to  implement  several  techniques  to  maintain  and  improve  voice  quality.  Finally,  this  literature  will  provide  guidance  that  is  required  to  understand, design, deploy, and maintain VoIP networks.  5|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  7. 7. 3.  Dr.Ghossoon  M.Waleed  Al‐Saadoon,  “Asterisk  Open  Source  to  Implement  Voice  over  Internet  Protocol”,  IJCSNS  International  Journal  of  Computer  Science  and  Network Security, VOL.9 No.6, June 2009  This journal provides a procedural approach to building a VoIP network. In order to  be able to simulate a Wireless VoIP network, an understanding of the following will  be important:   1. Setup a server that provides VoIP using Asterisk.   2. Determine the advantages of using VoIP.   3. Check the difference of Asterisk over other type of VoIP server.   4. Study the differences between H.323 protocol and Session Initiation protocol (SIP).    4. The  Easy  Guide  to  Data  and  Voice  Networking,  Cisco  Systems  Ltd.    The  Square  Stockley Park Uxbridge Middlesex UB11 1BN   6|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  8. 8. 3. Methodology To achieve the objectives the project will provide extensive theoretical analysis to be done to the wireless VoIP system such as the protocols in use, latencies that are experienced while in use, the capacity that can be handled by the wireless links under extraneous conditions.   As alluded to in the scope, the “challenged” locations are defined by many factors including: Heavy vegetation, bad weather such as fog, mountainous regions, and areas with large water bodies etc. Each factor must be properly weighted for importance. Additionally, because there are so many variables that must be taken into account it will most likely be impossible to gather all of them from one data source. Thus a major challenge is data integration. The Second Stage will include the use of a simulator to study the performance of the wireless VoIP systems with the selected area. NS3 software will be used to accomplish this work. A software simulation is important since it normally considers all practical factors which may be too general to be considered in the theoretical development. The system parameters will be varied or changed in order to study their effect on the system’s performance. The parameters used are:  Reliability   Mean time to failure (MTTF)   Mean time to repair (MTTR)   Mean time between failures (MTBF)   Percentage of time available   Packet loss rate   Bit error rate   Based on both the theoretical and simulative studies carried out, we shall then document the results and draw conclusions as to the feasibility of the W‐VoIP in geographically challenged areas. 7|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  9. 9. 4. Resources Required  4.1.  Software Components Asterisk – Free Open Source Tool   Open source software PBX system.   Asterisk gives us connectivity for both PSTN and VoIP networks.   Provides channels for communication on different hardware’s, protocols (SIP), and  codec’s. Yate – Free Open Source Tool   Yate is an open source soft phone which can be used as VoIP client.   Yate provides many modules like ‘callgen’, and ‘message sniffer’ for measuring the  performance of the PBX server. NS3 – Free Open Source Tool  To ensure the validity of the results and to extend the results in areas like node  mobility we will simulate an access point based wireless network using the Network  Simulator (NS2 or NS3). NS2 is a discrete event simulator meant for networking  research  4.2.  Hardware Resources   Wireless IP Phones – Estimate Price: Kes 1000/=   Active analog Phone ‐ Estimate Price: Kes 1,000/=   GSM Smart Phones with Symbian OS Installed ‐ Estimate Price: Kes 15,000/=   Linksys SPA3102 – Gateway ‐ Estimate Price: Kes 8,000/=   Linksys ATA – Adapter ‐ Estimate Price: Kes 8,000/=   PC  ‐ Estimate Price: Kes 10,000/=  4.3.  Other Resources   Travel Expenses ‐ Estimate Price: Kes 10,000/=   Documentation – Estimate Price: Kes 5,000/=   Supervisory (72,000/=)    Total Budget expenditure: Estimate Price: Kes: 58,000/=   8|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  10. 10. 5. Time Schedule The final section of this proposal identifies the anticipated workflow of my project along with expected completion dates. Each phase will have some overlap from other phases. For example, writing will take place during all phases although for illustrative purposes they are each listed as disjoint. I have given extensive consideration to the amount of work required to complete this project and have determined that although difficult this project can be completed in the allotted time. This can be seen in the summary table directly below  Milestone  Estimated Time of Completion   Analyze the project and do literary   ‐March 1st  review     Define the problem and write   ‐March 24th   research proposal     Gather data sources   June 10th    Design schema   July 15th    Integrate sources   July 20th    Design Simulation/experiment   July 25th    Run Simulation/experiments   August 15th    Gather results   September 1st    Complete dissertation paper   October 1st to 15th   9|Page CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com
  11. 11. 6. Bibliography  i. Dr.Ghossoon M.Waleed Al‐Saadoon, “Asterisk Open Source to Implement Voice over  Internet Protocol”, IJCSNS International Journal of Computer Science and Network  Security, VOL.9 No.6, June 2009  ii. Paul J. Fong et al,  Configuring Voice over IP, Second edition, Syngress Publishing, Inc.  800 Hingham Street Rockland, MA 02370, USA, 2002.  iii. Corinna “Elektra” Achele et al, Wireless Networking in the Developing World, first  Edition, Limehouse Book Sprint Team, 2006  iv. Steven M. Ross (The University of Memphis) and  Gary R. Morrison (Wayne State  University), experimental research methods,   v. A. Al‐Naamany, H. Bourdoucen and W. Al‐Menthari,  Modeling and Simulation of  Quality of Service in VoIP Wireless LAN, Journal of Computing and Information  Technology ‐ CIT 16, 2008, 2, Pages 131–142.  vi. WIKIPEDIA, Voice over IP. Article from Wikipedia, December 2009. (Available on:  http://en.wikipedia.org/wiki/VoIP ).  vii. R. Price, S. Manor, C. Bormann, T. Bremen, J. Christoffersson, H. Hannu, Z. Liu, and J.  Rosenberg, Signaling Compression (SigComp). RFC 3320, January 2003. [Online].  Available: http://www.rfc‐editor.org/rfc/rfc3320.txt  viii. Professor Aduda’s Lecture Notes on Research Methodologies   ix. T. J. Patel, V. A. Ogale and S. Baek, N. Cui, R. Park, Capacity Estimation of VOIP  Channels on Wireless Networks, WNCG, Dept of Electrical and Computer Engineering,  The University of Texas at Austin, Austin TX 78712       10 | P a g e CONTACT : 0733-999235;; kenodhiambo@zoho.com

×