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Peer-to-Peer Concepts for Emergency First Response

Bradler, Dirk :
Peer-to-Peer Concepts for Emergency First Response.
TU Darmstadt / Informatik
[Ph.D. Thesis], (2010)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Peer-to-Peer Concepts for Emergency First Response
Language: English
Abstract:

Peer-to-peer (P2P) technology has already been established in several application domains, e.g., IP telephony, file sharing, and content distribution. It is considered to be distributed, ad-hoc, robust and scalable approach for digital information transfer. In this thesis, the P2P communication paradigm is proposed as an alternative communication approach in the first response application domain. Disaster relief efforts, after larger scale catastrophes, suffer from damaged or destroyed communication infrastructure. Satellite connection equipment is hardly available and costly, and therefore rescue workers tend to send foot messengers to relay messages between the on-site organizations. A P2P-inspired communication approach for first responders would relieve the overloading of communication channels, can function as a completely self-contained method and remove the need for centrally managed communication approaches, which might be damaged or destroyed after catastrophes. In this thesis, we investigate a breakdown of the P2P-inspired communication approach in four distinct layers. We identify the key challenges for each layer and propose novel approaches for the most important challenges in each layer. The main contributions are: (i) a systematic breakdown of the communication concept in four distinct layers, and (ii) a mechanism called 'BridgeFinder', which increases the robustness of the communication network. The overlay network (iii) 'Pathfinder' provides key functionalities like routing, lookup and exhaustive search. The application-level multicast (iv) provides an efficient way of sending messages to multiple recipients. The novel mechanism (v), called DCC, provides reliable command and control structure management in a distributed fashion. Besides the technical concept, we developed a simulation environment with working prototypes for each contribution. Further, we evaluated the robustness, scalability and efficiency of these communication approaches. We show that they meet the stipulated requirements of first responders and perform at least equally or better than the current approaches.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Peer-to-Peer-Technologie (P2P) ist bereits heute in unterschiedlichen Anwendungsgebieten etabliert, z.B. im Bereich IP-Telefonie, gemeinsamer Dateizugriff und `Content Distribution'. P2P ist bekannt als dezentraler, spontan verfügbarer, robuster und skalierbarer Ansatz für den digitalen Informationsverkehr. In dieser Arbeit wird das P2P-Kommunikationsparadigma als alternativer Kommunikationsansatz für den Bereich der Katastrophenhilfe vorgeschlagen. Im Falle größerer Katastrophen werden Hilfsmaßnahmen durch beschädigte oder zerstörte Kommunkationsinfrastruktur deutlich erschwert. Satellitenverbindungen sind selten verfügbar und kostspielig, dadurch tendieren Ersthelfer dazu Nachrichten mittels Boten den beteiligten Organisationen vor Ort zuzustellen. Ein P2P-basierter Kommunikationsansatz für Ersthelfer kann die Überlastung der bestehenden Kommunikationsinfrastruktur mindern und als eigenständige Kommunikationsmethode fungieren. Es wäre keine zentrale Verwaltung notwendig, welche beschädigt oder zerstört werden könnte. In dieser Arbeit wird eine Aufteilung des P2P-basierten Kommunikationsansatz in vier separate Schichten vorgeschlagen. Die Aufgaben und Herausforderungen jeder Schicht werden identifiziert und neue Ansätze für die wichtigsten Herausforderungen vorgeschlagen. Die Hauptbeiträge dieser Arbeit sind: Eine systematische Aufteilung des Kommunikationsansatzes in vier separate Schichten (i) sowie der `BridgeFinder' Mechanismus (ii), welcher die Robustheit des Netzwerks erhöht. Das Overlay Netzwerk (iii) `PathFinder' bietet eine einzigartige Kombination der Schlüsselfunktionalitäten Routing, Key-Lookup und Volltextsuche. Das Application-Level Multicast (iv) bietet eine effiziente Möglichkeit Nachrichten an Empfängergruppen zu senden. Der neuartige Mechanismus (v) `DCC' ermöglicht ein verlässliches Management der Organisationsstruktur in einem verteilten System. Neben dem Konzept wird eine Simulationsumgebung zur Evaluation der vorgeschlagenen Methoden vorgestellt. Es wurden Robustheit, Skalierbarkeit und Effizienz der erarbeiteten Mechanismen evaluiert. Die erhobenen Anforderungen der Ersthelfer konnten durchgehend erfüllt werden, die entwickelten Ansätze sind darüber hinaus in den relevanten Bereichen performanter als die bisher vorgeschlagenen Mechanismen.German
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik > Peer-to-Peer Netzwerke
Date Deposited: 02 Jul 2010 10:02
Last Modified: 07 Dec 2012 11:57
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-21984
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Mühlhäuser, Prof. Dr. Max and Kangasharju, Prof. Dr. Jussi
Refereed: 2 June 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2198
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