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A Hybrid DTN/MANET Communication Model for Energy  Critical Infrastructure Protection            M. Álvarez‐Campana, J. Na...
Índice•   Introducción•   Arquitectura•   Casos de Uso•   Escenarios de Aplicación•   Conclusiones     Mario Cao     Unive...
IntroducciónMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
Introducción (I)• Infraestructuras críticas    – Definición: activos o sistemas esenciales para la sociedad y su bienestar...
Introducción (II)• Problemas actuales  – Capacidad limitada de predecir fallos mediante sistemas SCADA    (Predicción vs. ...
ArquitecturaMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
Esquema de la arquitectura                                                                     WSN Link                  R...
Tecnologías implicadas• WSN (Wireless Sensor Networks)• MANET (Mobile Ad‐hoc Networks)• DTN (Delay/Disruptive Tolerant Net...
Decisiones de diseño• WSN: Tecnología 6LowPAN• MANET: AODV como protocolo de encaminamiento ‐   Estándar IETF (RFC 3561)‐ ...
Integración DTN‐MANET• Extensiones en el protocolo AODV para:  •   Extender la visibilidad de nodos DTN para tomar mejores...
Extensiones AODV• Información de nodos con capacidad DTN:      0                                           15 16          ...
Casos de UsoMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
Monitorización• Baja Criticidad: Análisis, Predicción y Prevención• Datos almacenados en nodos coordinadores (procesado de...
Alarmas• Alta Criticidad: Detección muestra fuera de rango o alarma• Varias rutas de comunicación:       •     Largo alcan...
Mantenimiento y Reparación • Soporte de comunicaciones para el equipo y dispositivos • Equipo puede realizar funciones de ...
Escenarios de AplicaciónMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
Refinería de petróleo  Mario Cao  Universidad Politécnica de Madrid
Escenario energético a gran escala                                                              CCN                       ...
ConclusionesMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
Conclusiones• Estudio de un modelo de comunicaciones avanzadas para   mejorar la protección de infraestructuras críticas d...
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A HYBRID DTN/MANET COMMUNICATION MODEL FOR ENERGY CRITICAL INFRASTRUCTURE PROTECTION

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This paper summarizes the work carried out within DMRS Project, which defines an advanced communications model capable of improving the security and resilience for critical infrastructures, especially against man-made attacks (terrorism) or natural disasters. This model is based on a hybrid network architecture, which combines the advantages of different wireless technologies, such as Delay/Disruptive Tolerant Networking, Mobile Ad-hoc Networks, and Wireless Sensor Networks. The project has been partially funded by the Directorate-General for Home Affairs of the EU, addressing 18 months of research, starting in October 2009 and involving 3 partners: Universidad Politécnica de Madrid (UPM), REPSOL and INDRA (acting as coordinator).

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A HYBRID DTN/MANET COMMUNICATION MODEL FOR ENERGY CRITICAL INFRASTRUCTURE PROTECTION

  1. 1. A Hybrid DTN/MANET Communication Model for Energy  Critical Infrastructure Protection M. Álvarez‐Campana, J. Navarro, M. Cao (UPM) L. Collantes, M.C. Domínguez‐González (Indra Sistemas) J. García (Repsol) Mario Cao Cueto Email: mcao@dit.upm.es
  2. 2. Índice• Introducción• Arquitectura• Casos de Uso• Escenarios de Aplicación• Conclusiones Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  3. 3. IntroducciónMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
  4. 4. Introducción (I)• Infraestructuras críticas – Definición: activos o sistemas esenciales para la sociedad y su bienestar, cuya  interrupción puede tener un impacto significativo – Casos excepcionales:  • Ataques,  • Catástrofes naturales,  • Errores inesperados• Escenario de interés: infraestructuras críticas energéticas – Refinerías de petróleo – Gaseoductos/Oleoductos – Plataformas petrolíferas – Plantas nucleares – Red eléctrica Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  5. 5. Introducción (II)• Problemas actuales – Capacidad limitada de predecir fallos mediante sistemas SCADA (Predicción vs. Detección) – Problemas relacionados con el uso de cables para tareas de monitorización – El uso de tecnologías tradicionales puede implicar altos costes – Baja tolerancia a desastres naturales, ataques intencionados o fallos• Proyecto DMRS – DTN/MANET Routing Study for Critical Infrastructure Protection – Proyecto europeo: DG HOME CIPS Programme – Estudio y definición de modelo de comunicaciones avanzadas para  mejorar la protección de infraestructuras críticas de energía – Centrado en ataques humanos (terrorismo) y desastres naturales – Prevención de desastres y escenarios de recuperación Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  6. 6. ArquitecturaMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
  7. 7. Esquema de la arquitectura WSN Link Radio Link MANET Link DTN Link Vehicular Nodes (VN) High‐range comm. SCADA Link Additional Comm. Networks SCADA  Gateway (SGSN) SCADA Wireless Sensor  Central Office  WSN Cluster Node (CON) Network Recovery Team Network (MNs) Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  8. 8. Tecnologías implicadas• WSN (Wireless Sensor Networks)• MANET (Mobile Ad‐hoc Networks)• DTN (Delay/Disruptive Tolerant Networking) Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  9. 9. Decisiones de diseño• WSN: Tecnología 6LowPAN• MANET: AODV como protocolo de encaminamiento ‐ Estándar IETF (RFC 3561)‐ Protocolo reactivo‐ Ahorro energético• DTN: Integrado en AODV‐ Encaminamiento basado en “Store‐and‐Forward”‐ No se requiere enlaces extremo‐a‐extremo‐ Permite el uso de “data mules” o “ferries” Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  10. 10. Integración DTN‐MANET• Extensiones en el protocolo AODV para: • Extender la visibilidad de nodos DTN para tomar mejores decisiones de  encaminamiento y habilitar la comunicación con nodos fuera de alcance • Habilitar la priorización de comunicaciones críticas D 1 Nodo fuente 2 Nodo destino D Nodo AODV D Nodo AODV  con capacidad DTN D D 1 Cobertura  individual de nodo 1 D Cobertura MANET de nodo 1 D Descubrimiento de ruta Transmisión de paquetes 2 D D Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  11. 11. Extensiones AODV• Información de nodos con capacidad DTN: 0 15 16 31 Type=10 Length DTN Router Port DTN router IP address T Hop Count Option EID EID Length DTN Router EID Option Metric D Metric Length DTN Routing Metric• Información de criticidad: 0 15 16 31 Type=11 Length Data Type Criticality Value Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  12. 12. Casos de UsoMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
  13. 13. Monitorización• Baja Criticidad: Análisis, Predicción y Prevención• Datos almacenados en nodos coordinadores (procesado de datos)• Envío a través de “ferries” (vehículos no tripulados, etc.) SN 1 SN 2 CCN VN CONDest. = CON RREQ RREQType = 0Criticality = 0 RREP RREP Waits until VN  is reachable Monitoring data Monitoring data Aggregated  Monitoring data Aggregated  Monitoring data Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  14. 14. Alarmas• Alta Criticidad: Detección muestra fuera de rango o alarma• Varias rutas de comunicación: • Largo alcance en nodos coordinadores • A través de “ferries” • A través de la red de sensores SN 1 SN 2 CCN High‐range Comm. CON RREQ Dest. = CON RREQ Type = 2 Criticality = 1 RREP CCN offers a  RREP route towards  CON Alarm data Alarm data Alarm data Alarm data Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  15. 15. Mantenimiento y Reparación • Soporte de comunicaciones para el equipo y dispositivos • Equipo puede realizar funciones de “ferry” • Acceso a redes de largo alcance cerca de nodos coordinadores MN 1 MN 2 SN CCNDest. = CCN RREQ RREQ RREQType = 0Criticality = 0 RREP RREP RREP Measure Requests,  External  Communication  support, etc. Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  16. 16. Escenarios de AplicaciónMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
  17. 17. Refinería de petróleo Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  18. 18. Escenario energético a gran escala CCN e out CCN e dR dul Sche CON SGN CCN VN Sche dule d Rout CCN e CCN VN CCN Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid
  19. 19. ConclusionesMario CaoUniversidad Politécnica de Madrid
  20. 20. Conclusiones• Estudio de un modelo de comunicaciones avanzadas para  mejorar la protección de infraestructuras críticas de energía– MANET: flexibilidad para el despliegue automático– DTN: comunicaciones robustas para escenarios con grandes retardos y conectividad  intermitente– WSN: versatilidad para el despliegue de sistemas de monitorización de bajo coste• Arquitectura híbrida de comunicaciones más robusta y fiable– Esquema de encaminamiento mejorado (extensiones protocolo AODV) • Prioridad de mensajes críticos • Comunicación con nodos fuera de alcance– Disponibilidad de múltiples rutas– Nodos redundantes Mario Cao Universidad Politécnica de Madrid

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