School of Electrical Engineering and 

Computer Science  

2007­2008 

Research Profile NUST SEECS places a high premium on quality research as a gateway to new horizons of scientific knowledge and discovery. For this purpose, different research groups have been 

formed which notably include the ones detailed in this book.  

      A centre of excellence for quality education and research 

NUST SEECS RESEARCH BOOKLET 2007­08  Table of Contents:  1. SEECS Distributed & Grid Computing Group (Page 2 ) 

2. Muhaqiq‐‐ Centre for Measurement and Analysis of the Global Grid and Internet 

End‐to‐End Performance –MAGGIE (Page 9 ) 

3. SEECS Open Mobile Squad – SOMS (Page 15 ) 

4. Reconfigurable Computing Research Group (Page 21 ) 

5. Raw Network Data Collection and Classification (Page 22 ) 

6. NUST‐SEECS Networks Research Group (Page 23 ) 

7. Nanotechnology Research Group (Page 33 ) 

8. Wireless, Internet & Security Research –WISNET (Page 36 ) 

9. Next Generation Communication Technologies Research Group (Page 52 ) 

10. Center for High Performance Scientific Computing (Page 54 ) 

11. Group for Research in ASIC and FPGA –GRAF (Page 57 ) 

12. Cryptographic Hardware and Embedded Systems –CHES (Page 61 ) 

13. Vision Imaging & Signal Processing Research Group‐ VISPro (Page 65 ) 

14. Data Engineering for Large Scale Applications Research Group‐DELSA (Page 68 ) 

15. Semantic Systems Research Group –SSRG (Page 74 ) 

16. PTCL, NUST Center of Excellence for IP Technologies (Page 82 ) 

17. Research Group for Off Grid Energy Resourcing – ROGER (Page 84 ) 

 

 

SEECS Distributed & Grid Computing Group 

Theme Research  in  distributed  computing  problems  and  infrastructure,  in  particular related to grid computing, distributed data mining, web services, handheld devices and distributed databases & storage.  

Objectives The  objectives  of  the  group  are  two  fold:  firstly,  carry  out  advanced  research  in distributed computing software, infrastructure and tools; and secondly, to establish collaborations with international research institutes of repute in this area, to enable transfer of knowledge and technology to SEECS and Pakistan.  

Application domain  High Speed Data Transfer & Distributed Network Storage 

Project in collaboration with Caltech (USA) is underway, enabling high speed data transfer  to manage terabyte to petabyte of scientific data transfers  worldwide  from  European  Centre  for  Nuclear  Research (CERN), Geneva. (2007‐now) 

  Peer­to­Peer Computing 

This  project  involves  development  of  a  Peer‐to‐Peer  application development framework and set of API, tools and utilities (2008‐now)  

Grid computing  Projects  in  this direction  include Grid‐enabled Knowledge Management System (2001‐2002), Distributed Agents for Mobile and Dynamic Services (2002‐2003), Heterogeneous Relational Databases for Grid Environments (2004‐2005),  Grid‐enabled  analysis  on  Handheld  Devices  (2003‐2004) and  Grid‐enabled  Analysis  Environment  (2004‐2005),  DIANA  Grid Scheduler (2005‐2007) and Grid‐enabled Data Mining (2006‐now)  

Distributed Operating Systems  The  main  project  being  undertaken  in  this  area  is  PhantomOS  (2005‐2008)  

Web Services Projects  in  this  area  include  JClarens  (2003‐2005)  and  it’s  many associated services.      

Group Members   

Dr Arshad Ali PhD Electrical Engineering Opto‐electronics, Distributed computing, Network Monitoring arshad.ali@niit.edu.pk 

  Tahir Azim MS Computer Science  Phd Student at Stanford University  Distributed computing, Web 2.0  and sensor networks tazim@niit.edu.pk 

  

Faisal Khan Bachelors in Information Technology MS Student at Wisconsin Madison Web services and distributed computing faisal_ieee@yahoo.co.uk 

  Kamran Soomro BE Software Engineering Distributed operating systems soomro@gmail.com  

  Badar Ahmed Bachelors in Information Technology Distributed computing, Peer‐to‐Peer Systems  

Farooq Ahmed Bachelors in Information Technology(Ongoing) Distributed computing, Peer‐to‐Peer Systems  

  5

Publications    Arshad Ali, Richard McClatchey, Ashiq Anjum, Irfan Habib, Kamran Soomro, "From Grid Middleware  to  Grid  Operating  System",  International  Conference  on  Grid  and Cooperative Computing 2006, GCC 2006. 

Irfan  Habib,  Kamran  Soomro,  Ashiq  Anjum,  Richard  McClatchey,  Arshad  Ali,  Peter Bloodsworth, "PhantomOS: A Next Generation Grid Operating System", UK eScience All Hands Meeting 2007 (AHM07), Nottingham, UK, September 2007 

Arshad  Ali,  Ashiq  Anjum,  Julian  Bunn,    Faisal  Khan,  Richard  Mcclatchey,  Harvey Newman,  Conrad  Steenberg,  Michael  Thomas,  Ian  Willers.  “A  Multi  Interface  Grid Discovery  System.”.  7th  IEEE/ACM  International  Conference  on  Grid  Computing, September 2006. 

Associated Labs  Caltech Lab ‐SEECS 

Research Projects  Enabling High Speed Data Transfer And Distributed Storage in High Energy Physics 

Kamran Soomro, Faisal Khan, Badar Ahmed  

Tourist Based Peer‐to‐Peer Services Framework  Faisal Khan, Badar Ahmed  

PhantomOS Irfan Habib (UWE/CERN), Shuaib Khan, Usman Ajmal, Kamran Soomro  

Superpeer Discovery Service  Mudassir, Shoaib, Ammarah Kahlon  

Grid Data Mining  Sheroz Aftab, Saeed Akhter, Momina Waqar, Omar Mukhtar  

CMS Mirror Server  Faisal Khan, Kamran Soomro. 

 

International Collaboration 

SEECS  Distributed  &  Grid  Computing  Group  has  international  collaborations  with  UWE, CERN and Caltech.  Current projects  

a)  Enabling  High  Speed  Data  Transfer &  Distributed  Storage  in  High  Energy Physics   Introduction The aim of this project  is to meet the computing needs of the Large Hadron Collider (LHC) at European Centre for Nuclear Research (CERN), Geneva. 

  6

 Problem statement To enable high‐speed data transmission and distributed storage of  large amounts of data.  Motivation The  extraordinarily  large  amounts  of  data  that  will  be  produced  by  the  LHC  has created a need to develop tools that can manage it and make it available for Physicists to use.   Progress Tools  for  high‐speed  data  transfer  and  distributed  storage  have  already  been developed. Their  integration with  the data  flow management  tools  in use by  the US CMS collaboration is underway.  Results Data  transfer  speeds  of  110  Gbps  have  been  demonstrated  in  collaboration  with Caltech using the tools developed.   Future directions We hope  to  integrate  the  tools with  the data  flow and  job  submission management (PhEDEx) system in use by the US CMS collaboration.  b) Tourist Based Peer­to­Peer Services Framework  Introduction Peer‐to‐peer (P2P) networks work by building an overlay network on top of existing physical  infrastructure  of  networks.  This  project  uses  a  recent  P2P  overlay  routing algorithm,  Tourist.  Tourist  promises  great  improvements  over  existing  overlay routing algorithms and thus has been the routing algorithm of choice in this project.  Problem statement The  aim  of  this  project  is  to  develop  a  framework  for  Peer‐to‐Peer  application development which  is  lightweight,  extendable  and portable  to  resource  constrained devices.  Motivation To enable the application developers to harness the power of Peer‐to‐peer computing in an easy to use manner  Progress Most  of  the  modules  for  this  system  have  been  built.  However,  the  system  is  in  a prototype  phase,  and  needs  substantial  amount  of  work  to  make  it  useful  in  real‐world applications. The framework implementation is in C++, along with a Java based P2P visualization tool.   Results The framework is working well up until a 100 peer system, & most of its functions of routing & message delivery are working well. There are serious scalability issues right now in the framework, which needs fixing.  

  7

 Future directions The future work involves many tasks including memory performance analysis, which would  minimize  some  of  the  scalability  issues.  Secondly,  there  is  need  for comprehensive performance evaluation of  the  framework, which  includes  collecting test results for routing efficiency, self‐adaptivity testing, including level distribution. Also  some  additional  features  need  to  be  added  to  the  framework  like  periodic refreshing  of  routing  table.  Also  there  are  many  other  areas  of  research  that  are possible, once the framework is complete.  This framework would act as a software platform which would allow lots of different research on P2P computing, it’s behavior patterns and would allow improvements to existing algorithms and  techniques. Techniques  like  locality aware routing and peer lifespan based routing need to be explored which  increases the  routing efficiency of overlay networks. 

  

c) PhantomOS   Introduction The  aim  of  PhantomOS  (internal  development  name  is  GridOS)  is  to  target  those barriers to adoption in user oriented fields. PhantomOS is an operating system which aims to migrate Grid computing  from the Middleware to the operating system level. With this we will target the most profound technical barriers to the adoption of Grid computing  and  make  it  relevant  to  the  day‐to‐day  user.  We  believe  this  proposed transition  to  a  Grid  operating  system  will  drive  more  pervasive  Grid  computing research and application development and deployment in future.  Members Irfan Habib (UWE/CERN), Shuaib Khan, Usman Ajmal, Kamran Soomro  Problem statement To  create  a  system  that  can  provide  operating  system‐level  support  for  Grid applications.  Motivation Grid  computing  has  made  substantial  advances  during  the  last  decade.  Various developments  have  contributed  to  this,  which  include  the  advancements  in  high‐speed  networking  technologies  and  the  adoption  of  standardized  Grid  Middleware (Globus,  gLite,  UNICORE  etc).  There  are,  however,  significant  barriers  to  the  more pervasive  adoption  of Grid  computing  in  other  fields, most  notably  day‐to‐day user computing  environments.  We  believe  these  barriers  can  be  broken  if  we  provide operating system‐level support for Grid environments.  Progress Most  of  the  modules  for  this  system  have  been  built.  However,  the  system  is  in  a prototype  phase,  and  needs  substantial  amount  of  work  to  make  it  useful  in  real‐world applications.   

  8

Results Results  from  the  prototypes  developed  so  far  show  that  a  Grid‐enabled  operating system can significantly improve on the performance of Grid applications.  

 Future directions We  are  aiming  in  two  main  directions.  Firstly,  we  want  to  complete  the  current prototype  into  a  production  phase.  Secondly, we  are  hoping  to  convert  the  existing prototype  to  use  virtual  machine  migration  capabilities  to  make  the  system  more useful for the scientific community.   d) CMS Mirror Server  Introduction 'CMS Mirror Server' is an integrated tool to let scientists download distributed physics datasets by resolving  their  locations using official CMS catalogs – Data Bookkeeping System  (DBS)  and  Data  Location  Service  (DLS).  The  mirror  server  work  is  part  of larger  project  that  aims  at  integrating  official  CMS  data  management  tools  with Ultralight's [4] high speed data transfer utilities.  Members Faisal Khan, Kamran Soomro  Motivation One  significant  task which physics  community wants  to  achieve  is  to  gain access  to their  desired  data  before  everyone  else.  Currently  they  use  official  storage management / transfer tools provided by CMS collaboration. Following this approach they will have to compete in terms of resources with other peers looking for similar kind  of  data. We  suggest  that  the more  effective  way  of  doing  this  is  by  using  the specially  written  software  which  the  scientists  could  tweak  easily  based  on  his requirements and priorities.  Progress & Results Its first version is complete including its integration with our high speed data transfer tools called FDT (Fast Data Transfer).  Future Direction We need to update the existing version in order to incorporate changes to DBS/DLS. 

 Past Projects   Grid‐enabled Knowledge Management System (2001‐2002)  Distributed Agents for Mobile and Dynamic Services (2002‐2003)  Heterogeneous Relational Databases for Grid Environments (2004‐2005)  Grid‐enabled analysis on Handheld Devices (2003‐2004)  Grid‐enabled Analysis Environment (2004‐2005)  JClarens (2003‐2005) and its many associated services 

  9

Contracts and Grants Obtained A grant worth $100,000 was  received  from the US State Department/Ministry of  Science and Technology Pakistan in 2004‐05. 

  10

Muhaqiq Centre for Measurement and Analysis of the Global Grid and 

Internet End­to­End Performance (MAGGIE) 

Theme Measurement  and Analysis  of  the  Global  Grid  and  Internet  End‐to‐End  Performance  is  a collaborative research initiative by the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) USA and NUST‐SEECS,  Pakistan.  It  involves  students,  faculty  and  professionals  from  both  sides working on various development and research issues related to Computer Network End‐to‐End Performance Monitoring and Evaluation. 

Objectives  The  growth  of  the  Internet  has  fostered  intellectual  and  economic  growth  of  both developed and developing countries. Fundamental to this is the operation and maintenance of  the  underlying  Internet  technologies  to  keep  the  network  functioning.  Our  ambitions include  (but  are  not  limited  to)  enable  Pakistan's  advanced  education  and  research facilities  to  better  understand  and  utilize  network  connections.  We  believe  that  to efficiently manage  any  network  one  needs  to  be  able  to measure  it.  Our  efforts  include measuring  and  understanding  current  and  long‐term  performance,  identifying  and reporting problems both end‐to‐end and within the network itself, and providing forecasts of both long and near term performance. In this context our efforts can be summarized as:   Conduct  research,  development,  and  evaluation  of  computer  network  end‐to‐end performance measurement tools and techniques. 

Develop analytical procedures to derive reliable results from the performance statistics gathered. 

Support collaborative research projects by measuring the network performance of the platform used for communication. 

Produce  computer network experts  capable of doing development  for  innovative  and large‐scale computer network applications. 

Application Domain Internet  Performance  Measurement,  Internet  Communications,  Computer  Network Performance Measurement, Network Event Detection and Diagnosis, Network Performance Forecasting and Distributed Systems. 

Current Group Members  Arshad Ali, Co‐PI, Ph.D., arshad.ali@niit.edu.pk  Les Cottrell, Co‐PI, Ph.D., cottrell@slac.stanford.edu   Umar Kalim, Coordinator & Supervisor, MS, umar.kalim@niit.edu.pk  Fida Hussain, Research Assistant, MS, fida.hussain@niit.edu.pk   Shahryar Khan, Research Assistant, BS, shahryar2001@gmail.com  Qasim Bilal Lone, Research Assistant, BS, 37bilal@niit.edu.pk   Fahad Ahmad Satti, Research Assistant, BS,  45fahad@niit.edu.pk 

  11

Publications   Les Cottrell, Umar Kalim,  “A case study of  the regional and worldwide connectivity of Sub  Saharan  Africa,  2009”,  will  be  published  at  Stanford  Linear  Accelerator  Center (SLAC), 2009.  

Les Cottrell, Umar Kalim, "Network Monitoring Report for International Committee for Future Accelerators  (ICFA) Standing Committee on  Inter‐Regional Connectivity  (SCIC) 2009", prepared for ICFA‐SCIC 2009. 

Umar  Kalim,  “A  case  study  of  the  regional  and  worldwide  connectivity  of  East  Asia, 2008”, published at Stanford Linear Accelerator Center  (SLAC), 2008, available online https://confluence.slac.stanford.edu/display/IEPM/East+Asia+ Case+Study.  

Fida  Hussain,  Umar  Kalim,  Noman  Latif,  Syed  Ali  Khayam,  “A  Decision‐Theoretic Approach  to  Detect  Anomalies  in  Internet  Paths”,  submitted  to  28th  Conference  on Computer Communications (INFOCOM) 2009. 

Les  Cottrell,  Qasim  Bilal,  “A  case  study  of  the  effects  of  the  fibre  outage  through  the Mediterranean  in  January  2008”,  published  at  Stanford  Linear  Accelerator  Center (SLAC),  2008,  available  online  [https://confluence.slac.stanford.edu/ display/IEPM/Effects+of+Fibre+Outage+through+Mediterranean]. 

Les Cottrell, Qasim Bilal,  Jared Greeno,  "Network Monitoring Report  for  International Committee  for  Future  Accelerators  (ICFA)  Standing  Committee  on  Inter‐Regional Connectivity (SCIC) 2008", prepared for ICFA‐SCIC 2008. 

Shahryar Khan, Les Cottrell, Umar Kalim, Arshad Ali, “Quantifying the Digital Divide: A Scientific  Overview  of  Network  Connectivity  and  Grid  Infrastructure  in  South  Asian Countries”, in the proc. of CHEP 2007. 

Les  Cottrell,  Shahryar  Khan,  “International  Committee  for  Future  Accelerators  – Standing  Committee  for  Inter‐Regional  Connectivity  (ICFA‐SCIC)  Network Monitoring Report 2007. 

"Quantifying and Mapping the Digital Divide from an Internet Point of View", accepted for publication in Proc of 4th International Conference on Bridging the Digital Divide ‐ Asian Applied Computing Conference (AACC 2007) 

Aziz  A.  Rehmatullah,  R.  Les  Cottrell,  Jerrod  D.  Williams,  Arshad  Ali  “Quantifying  the Digital  Divide:  A  Scientific  Overview  of  the  Connectivity  of  South  Asian  and  African Countries” CHEP 06, Bombay, India 

R.  L.  Cottrell, M.  Chhaparia,  F.  Haro,  F.  Nazir, M.  “Evaluation  of  Techniques  to  Detect Significant  Network  Performance  Problems  using  End‐to‐end  Active  Network Measurements”, Standford, NOMS 2006, April 2006. 

Fareena  Saqib,  Umar  Kalim,  Arshad  Ali,  “Network  Weather  Forecasting  in  Gird systems”, in proc. of HONET 2006. 

Asif Khan, Arshad Ali, “MoMon: single ended, plug n play Grid Monitoring tool” in proc. of GridNets 2006. 

 

Talks   Les  Cottrell,  Umar  Kalim,  “African  Cyber‐infrastructures”  at  the  European Geosciences Union General Assembly 2009 session  in Vienna, Austria 19‐24 April, 2009. 

Associated Labs Research Lab, SEECS, NUST 

  12

Research Projects  Project title  Detection of Anomalies in Internet Paths  1 Team members 

Fida Hussain (RA), Umar Kalim, Noman Latif (BIT 6) 

Supervised by  Dr. Ali Khayam, Dr. Les Cottrell, Dr. Arshad Ali Started in  Spring 2008 Current status   In progress Reference  https://confluence.slac.stanford.edu/display/IEPM/Decision+The

oretic+Approach  Project title   TULIP: Trilateration Utility for Locating IP hosts  2 Team members 

Qasim Bilal Lone (BIT 4), Shahryar Khan (BIT 4), Faran Javed (BIT 5) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Ejaz Ahmed, Umar Kalim Started in  Fall 2004 Current status   In progress Reference  http://www.slac.stanford.edu/comp/net/wan‐mon/tulip/  Project title  Traceanal: Trace route analysis  3 Team members 

Qasim Bilal (BIT 4) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Connie Logg Started in  Early 2005 Current status   Completed in Fall 2008 Reference  http://www.slac.stanford.edu/comp/net/iepm‐

bw.slac.stanford.edu/tracesummaries/today.html  Project title  End to End Performance Monitoring  4 Team members 

Fahad Ahmed Satti 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Umar Kalim Started in  Spring 2007 Current status   Completed in Fall 2008 Reference  http://maggie2.niit.edu.pk/wiki/index.php/EPM  Project title  Federation: SmokePing, PingER Integration  5 Team members 

Asma Shamshad (BIT 4) and Shahryar Khan 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Umar Kalim Started in  Spring 2006 Current status   Completed in Fall 2007 Reference  https://confluence.slac.stanford.edu/display/IEPM/PingER+Smo

keping+Integration  Project title  PingER Metrics Motion Charts  6 Team members 

Umar Kalim 

  13

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell Started in  Fall 2008 Current status   Completed in Fall 2008 Reference  http://www‐iepm.slac.stanford.edu/pinger/pinger‐metrics‐

motion‐chart.html  Project title  PingER Metrics Intensity Maps  7 Team members 

Umar Kalim 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell Started in  Fall 2008 Current status   Completed in Fall 2008 Reference  http://www‐iepm.slac.stanford.edu/pinger/intensity‐

maps/pinger‐metrics‐intensity‐map.html  Project title  PingER Sites Google Map  8 Team members 

Shahryar Khan, Qasim Bilal Lone 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell Started in  Spring 2008 Current status   Completed in Fall 2008 Reference  http://www.slac.stanford.edu/comp/net/wan‐

mon/viper/tulipmap.htm  Project title  ViPER: Visualization for PingER  9 Team members 

Shahryar Khan (BIT 4) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Umar Kalim Started in  Spring 2006 Current status   Completed in Spring 2007 Reference  http://www.slac.stanford.edu/comp/net/wan‐mon/viper/   Project title  NWF: Network Weather Forecasting (using ARMA/ARIMA)  10 Team members 

Fareena Saqib (BIT 4) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Mr. Umar Kalim Started in  Spring 2006 Current status   Completed in Spring 2007 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/nwf_projectdesc.html  Project title  Topological  Analysis  and  Network  Performance 

Visualization 11 

Team members 

Asif Khan (BIT 4) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Yee Ting Lee, Umar Kalim Started in  Spring 2005 Current status   Completed in Spring 2007 

  14

Reference  http://maggie.niit.edu.pk/topoanalysis_projectdesc.html  Project title  AMP PingER Integration  12 Team members 

Mr. Abdullah Jan  

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Jerrod Williams, Umar Kalim Started in  Spring 2005 Current status   Completed in Fall 2007 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/pingerampint_projectdesc.html  Project title  Anomaly Detection Using Principal Component Analysis  13 Team members 

Adnan Iqbal (Ph.D. student)  

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell Started in  Spring 2005 Current status   Halted work since Fall 2007 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/netandet_projectdesc.html  Project title  PingER Visualization  14 Team members 

Rabail Javed (BIT 5) 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Ejaz Ahmed, Umar Kalim Started in  Spring 2005 Current status   Completed in Fall 2007 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/newwebsite/ 

pingervisualization_projectdesc.html  Project title  PingER Executive Plots  15 Team members 

Akbar Mehdi 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Umar Kalim Started in  Spring 2006 Current status   Completed in Fall 2006 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/ pingerexecplot_projectdesc.html 

http://www‐iepm.slac.stanford.edu/pinger/prmout/  Project title  PingER Management  16 Team members 

Mr. Waqar Ali 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Jerrod Williams, Umar Kalim Started in  Spring 2006 Current status   Completed in Fall 2006 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/pingermanagement_projectdesc.html 

http://www.slac.stanford.edu/cgi‐wrap/downsites.cgi  Project title  Evaluation  of  Techniques  to  Detect  Significant  Network 

Performance  Problems  using  End‐to‐End  Active  Network Measurement 

17 

  15

Team members 

Fawad Nazir 

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell  Started in  Spring 2005 Current status   Completed in Spring 2006 Reference  http://maggie.niit.edu.pk/documents/fawad‐nazir.pdf  Project title  NWF: Network Weather Forecasting (using Holts‐Winter)  18 Team members 

Asher Shoukat  

Supervised by  Dr. Arshad Ali, Dr. Les Cottrell, Ejaz Ahmed Started in  Spring 2005 Current status   Completed in Fall 2005 

Grants Obtained  1. Title: “Network Performance Monitoring for PERN”    Funding Body: Higher Education Commission (HEC)  

Approved Funding:  36.853 Million Rupees     Duration: Jan 2008 to July 2010.  

Executing Body: National University of Sciences and Technology  (NUST), School of Electrical Engineering and Computer Sciences (SEECS)  

                           

  16

SEECS Open Mobile Squad ­ SOMS 

Theme 

Open. Mobile. Free. SEECS Open Mobile Squad (SOMS) was created in January 2009 by Dr. Arshad Ali. SOMS is established  for  creating  a  Linux  mobile development culture in SEECS and behaving as a  hub  for  other  Pakistani  universities  in  this regard.  In  the  initial  run,  the  Openmoko’s Smartphones  are  sponsored  by  SEECS.    The devices provide students a golden opportunity; to  play/unlock  the  completely  documented mobile device.  Open: Opening up  the  formerly‐closed mobile world Mobile:  Mobile  devices  are  the  future  of communication Free: 100% Free Software from driver through UI  

Objectives  

The main objective of the group is to develop an understanding in the new emerging field of open mobile development. The group will explore and do experimenting with multiple open  mobile  platforms  and  frameworks;  existing  in  the  mobile  eco‐system.  The  group provides an opportunity to have a hands‐on experience in the state of the art wireless and mobile  technologies. The group will also prepare students with  a kind of skill set so they can  compete  in  global  competitions  and  challenges  organized  by  Google  and  Intel  every year with their projects which will add value to the existing system.  

• Understanding Open mobile technology  • Getting hands on experience  • Hacking mobile  • Building mobile from scratch 

 Application domain 

• Linux mobile application development  • Linux mobile platforms and frameworks  • MobileOS  • Mobile Computing  • Mobile communication technologies  • Wireless communication technologies  • Linux device drivers  • Gadgets interfacing with smart phones  • Open Source in Mobiles   

  17

Group Members  

Dr. Arshad Ali  PhD, USA  arshad.ali@niit.edu.pk   

Dr. Fauzan Mirza  PhD, UK  fauzan.mirza@niit.edu.pk 

 Dr. Ali Khayyam PhD, USA  ali.khayyam@niit.edu.pk   

Syed Ali Haider  MSc, UK  ali.haider@niit.edu.pk  

 Students Mr. M Qasim Ali  Mr. Asad Rehman  Mr. Salamn Majeed  Mrs. Iqra Arshad Mr. Khuram Shahzad Mr. Usama Shahid Mr. Wahib‐ul‐Haq Mr. Raja Ehtisham Mr. Fahad Abid Mr. Robert Mehfooz   Mr. Omer Farooq Khan  Mr. Sibguat‐Ullah  

  18

Organization of conferences and workshops 

• Open mobile seminar  • Openmoko an Introduction • Openmoko Supported frameworks  • Qtopia’s QT C++ GUI Application framework  • Eclipse SWT Library  

Associated Labs 

3G and Communication lab   Research Projects  

Funded Projects 

Mobile handheld computing devices like PDAs, Smartphones and Tablet PCs are becoming more popular, and major players in the market of desktop computing are now focusing on this  fastest  growing  emerging  market.  With  the  popularity  growth,  security  threats  like viruses, trojans, worms, bacteria, spam, and other malware are becoming a serious concern in these devices as well. As a result, security issues of mobile computing are attracting the attention of a large number of researchers both in industry and academia. 

Unconventional  techniques  of  Computational  Intelligence,  Artificial  Intelligence  and Artificial  Immune  Systems  should  be  explored  to  build  an  optimized  and  light  weight security  system.  The  proposed  secure  kernel  framework  will  provide  adequate  security against  malware  threats  and  Denial  of  Service  attacks  (DoS)  on  network  interfaces (GSM/GPRS and WLAN) of the mobile devices. 

The  project  aims  to  develop  secure  kernel  framework  that  enable  self‐monitoring,  and consequently  self‐healing  operation  for  an  operating  system  of  mobile  devices.  This  is expected to produce a fully functional Secure Linux Kernel that will be run on tablet PCs / smartphones.  The  developed  framework  will  be  fully  aware  of  system  conditions  and resource  usage  and  will  schedule  different  threads  intelligently  based  on  each thread/process’  behavior,  thus  providing  a  truly  secure  computing  experience  in  which malware that manages to escape detection by intrusion detection systems gets thwarted in the scheduler.  

The project will also result in software that will utilize (Artificial Immune System) AIS and (Intrusion Detection System)  IDS  for detecting potentially dangerous programs and  files. This  software will be  installable on smartphones. The software will emphasize minimum user intervention while ensuring system security. 

The key benefits of this project are given below: 

  19

• This  project  will  provide  a  self‐aware,  self‐monitoring,  self‐protecting comprehensive kernel  framework  that will  secure mobile  computing devices  from viruses, trojans, worms, bacteria, spam, and other security threats.  

• This  framework will  also  provide  a  reliable  and  scalable  detection  and protection from  denial  of  service  attacks  (DoS)  on  network  interfaces  like  GSM/GPRS  and WLAN.  

• A Unique feature of this host security solution is that it will also provide the network security. All the hosts that will use secure kernel framework will not let the malware to  execute  and  propagate.   So  network  will  also  become  secure  from  malware security threats.  

• The techniques and methodologies developed during this project are expected to attract several enterprises and mobile OS developing companies to invest in startups and they can use the product as an important framework for further development.  

Project Director: Dr. Muddassar Farooq National University of Computer and Energing Sciences (FAST‐NU), Islamabad muddassar.farooq@cs.uni‐dortmund.de 

Joint Project Director: Dr. Syed Ali Khayam NUST School of Electrical Engineering and Computer Sciences, Islamabad khayam@niit.edu.pk  

Brainstormed Projects  

a) Controlling robots with Freerunner  

The lego robots that are available in SEECS have Bluetooth dongles built in, so we can use openmoko freerunner to control the actions of the robots by using the concepts of telemetry. It’s like robots interfacing with openmoko using Bluetooth protocol.   b) USB camera interfacing openmoko  

Openmoko’s  freerunner  don’t  have  a  built‐in  camera  but  it  has  USB  host  port which allows developers to interface any USB device with it.   c) Open GSM radio  

That idea is little tricky and have a direct impact on the business model of GSM cellular providers.  The  idea  is  to  configure  the  device  in  such  a way  that GSM module  of  the devices  can make  communication with  other  devices’  GSM module  in  a  peer  to  peer fashion rather then routing the call from the BS.   d) Smartphone virtualization  

Now a couple of vendors have created Smartphones with processor speeds 500MHz or so and multiple frameworks exist in the FOSS (Free open Source Software) community. 

  20

There is a need to use the concept of virtualization where a Smartphone can have dual OS.   e) Ad hoc wireless network 

Areas when struck by any natural or  force disasters;  like earthquakes which destroys the  existing  cellular  system.  Due  to  this  reason  different  rescue  operations  can’t  be carried out efficiently and effectively. In this scenario, the Smartphone carrying by the rescue  guys  will  establish  an  ad  hoc  network  using  built‐in  wifi  module;  which  will extend up to the time they find some node in the cellular network range.      f) Embedding RFID card in Freerunner 

The world’s  first  open  and  user‐customizable mobile  phone  is  open  both  in  terms  of hardware and software. This provides developers to test their hacking capabilities and tweak their phones the way they like or rightly said imagined. The PCB circuit files are available  form  openmoko.org.  Openmoko’s  first  product  was  developed  their  own developers named NEO1973 which was just a simple mobile but later on when the FOSS community  catches  their  idea,  they  start  embedding  different  technologies  like Bluetooth, WIFI, GPS and accelerometers. Now the simple neo is now turned out to be a Smartphone but couples of things are still missing like RFID and Camera.    g) Integration of micro projectors with openmoko hardware  

After reviewing the evolution process of mobile phones it is very much clear that every technology  wants  to  sink  into  the  small  little  fellow  of  everyone  the  mobile  phone. Different  companies  are  looking  towards  creating  micro‐projectors  like  the  3M's MM200.  If we  get  that  gadget  interfacing  openmoko with  this will  be  great  and who knows openmoko gets that projects and release their new devices with miro‐projectors build‐in.     h) Homogeneous Cross platform framework  

The year 2008 was  considered  to be year  for mobile Linux because of  the  fact  that  a couple of frameworks were popped up in the same year. Different vendors launch their own frameworks as listed hereunder:‐ 

• Qtopia Phone Edition for Trolltech GreenPhone 

• Openmoko’s FOS Freerunner OS  

• Openmoko’s Om2007.2 and Om2008.9 for Neo1973 and Freerunner 

• Google’s Android for gphone 

• Java linux mobile platform ‐ JavaFX 

• Intel’s Maemo Hildon architecture for UMPC – Ultra‐Mobile PC 

• Linux foundation’s Mobilin for MIDs Mobile Internet Devices  

  21

• Linux GNOME mobile architecture  

• Azingo mobile framework 

• MontaVista Linux  

• Ubuntu Mobile  

• LiPs application architeture 

• Access’s hiker application and some others due  

Due  to  this  the  market  is  no  so  much  fragmented  that  he  need  of  homogenous  cross platform framework is required.   

International Collaboration   • OpenLab 

Communicating with Openmoko’s OpenLab in Taiwan  • Mokoversity   

The mokoversity  (http://mokoversity.org/)  provides  summer  internship  opportunity and the only organization which is created, funded and sponsored by Openmoko Inc. for the involvement of openmoko with academic institutions.   They conduct trainings and workshops  on  openmoko  products  and  related  technologies.  We  are  trying  to  make efforts to get benefit from their resources. 

  Contracts and grants  

PKR 14.99 million from ICT R&D Fund for the project titled: “An Intelligent Secure Kernel for Next Generation Mobile Computing Devices”                  

  22

Reconfigurable Computing Research Group  Theme To do research and development of product using this new computing paradigm so as  to adapt the hardware during runtime by "loading" a new circuit on the reconfigurable fabric  Objectives   Adaptive implementations of communication coding in reconfigurable hardware  Adaptive systems on a chip  Reconfigurable Architectures  Networks Applications  Application domain  Satellite communications  Cryptography  Signal processing  Image and video processing  Intelligent sensors and measurement systems  Software radio  Group Members  

Nasir Mahmood MS , China Embedded Systems Design, Reconfigurable computing 925190852113, 92513215160554, nasir@niit.edu.pk 

  Dr. Rehan Hafiz PhD , UK Image Processing and DSP 051‐90852105, 0331‐5189556, mramzan@niit.edu.pk 

    

Muhammad Ramzan MS, Australia Communication and DSP 051‐90852113, 0300‐5260446, mramzan@niit.edu.pk 

  Arshad Nazir MS, NUST Pk Telecommunication 051‐5590546, 0300‐5527590, arshad.nazir@niit.edu.pk 

  Muhammad Ali Awan MS, Sweden ASIC and Embedded System 0966‐714411, 0345‐5127323 

      

  23

Raw Network Data Collection and Classification  

Introduction Network  traffic  patterns  have  changed  significantly  with  the  introduction  of  triple‐play services, making the earlier traffic classifications obsolete, hence giving rise to the need for re‐classification of network data. This is useful both for the industry, for making intelligent business  decisions  as  well  as  testing  purposes,  and  for  basic  networking  research  for workload generation in simulations and characterization of network traffic patterns. Huge amount of data needs to be collected, stored and analyzed from various devices within the network for this purpose. This is no trivial task as the amount of raw data passing through a  single  edge/core  node  in  today’s  high‐speed  networks  can  easily  reach  peta‐bytes, requiring sophisticated procedures  for storage and  later analysis and classification of  the data.   Objectives Various techniques will be studied for the offline storage of data in a distributed manner. Tools will also be developed that can analyze and help in classifying the data.   Details Students:   Adeel Muhammad Malik         Usama Qayyum Advisor:   Dr. Khurram Aziz Co‐Advisor:   Dr. Khalid Latif International Co‐advisor: Dr. Abdul Waheed, Cisco Systems, USA                       

  24

NUST­SEECS Networks Research Group  

Theme NUST‐SEECS Network Research Group (NNRG) was established in 1999 by Dr. S. M. Hassan Zaidi. NNRG promotes education, research and outreach in the field of computer networks, and ultra‐high speed data communications including photonics/wireless communications.  Objectives NRG  promotes  education,  research  and  outreach  in  the  field  of  ultra‐high  speed  data communications. Faculty members and students work in synergy to explore the problems in  the  application  areas  like  Passive  Optical  Networks,  Switching  in  Optical  Networks, Radio‐over‐fiber,  Bandwidth  Allocation  in  Passive  Optical  Networks.  Its  mission  is  to prepare the next‐generation of researchers and developers in these areas by investigating challenging and high‐impact research projects.  It aims to represent a complementary mix of both theoretical and applied experimental research.  Application domain  Optical Networks  Passive Optical Networks  Optical Burst Switching Networks  Radio‐over‐fiber  IPv6‐over‐fiber  Group Members  Dr. S M H Zaidi (Group Chair) 

Qualification: PhD., USA Area of research: Optical Networking +92 (0)51 9085 2003, drzaidi@niit.edu.pk  

Engr Mohammad Ramzan Qualification: MS. Australia Area of research: Radio‐over‐fiber +92 (0)51 9085 2113, mramzan@niit.edu.pk      

Dr. Khurram Aziz Qualification: PhD., Austria Area of specialization: Performance Evaluation of Finite Queueing Systems.  Communication Networks.  +92 (0)51 9085 2261, khurram.aziz@niit.edu.pk  

  Mr.  Moin‐ud‐Din 

Qualification: MS Area of research: Probability and statistical methods moindin@niit.edu.pk  

  

  25

Syed Ali Haider Qualification: MSc., UK Area of research: Optical Networks, Wireless Networks +92 (0)51 9085 2267, ali.haider@niit.edu.pk 

Ms. Savera Tanvir Qualification: MS, USA Area of research: Optical Networks +92 (0)51 9085 2183, savera.tanvir@niit.edu.pk 

 Publications during period 2007­08 

Haider Raza, Muhammad Ramzan, S M H Zaidi,  “SOA based all optical  frequency up‐conversion  enabling  multi‐band  service  for  optical  wireless  access  network”, HONET, Pennang, Nov 2008 Malaysia. 

  Savera  Tanwir,  Lina  Battestilli,  Harry  G.  Perros  and  Gigi  Karmous‐Edwards, "Dynamic  Scheduling  of  Network  Resources  with  Advanced  Reservations  in  Optical Grid", ACM Journal of Network Management, 2008 

  Fatima  Yousaf,  Savera  Tanwir,  SMH  Zaidi,  “Light  Path  Provisioning  using Connection  Holding  Time  and  Flexible  Window”,  International  Conference  on Telecommunications and Networking (TeNe 08) 

  Asim  Shafique,  Savera  Tanwir,Kanwar  Saad  and  S.M.H  Zaidi,  “QoS  in Mode‐0  of Bimodal burst Switching”,HONET 2008, Penang, Malaysia 

  Faraz Arshad, Sarfraz Rasheed Ramay, Savera Tanwir, Lina Battestilli, S.M.H Zaidi, “Advance  Reservation  and  Dynamic  Scheduling  of  Point  to  Multipoint  Lightpaths”, HONET 2008, Penang, Malaysia 

  L. Battestilli, A. Hutanu, G. Karmous‐Edwards, D. Katz, J. MacLaren, J. Mambretti, H. Moore,  S‐J  Park, H. Perros,  S.  Sundar,  S.  Tanwir,  S.  Thorpe,  and Y. Xin,  “EnLIGHTened Computing:  An  architecture  for  co‐allocating  network,  compute,  and  other  grid resources for high‐end applications”, HONET 2007, Dubai. 

  Waqas  Ayub,  M  Ramzan,  Syed  Ali  Haider,  Syed  Zaidi,  “Radio‐Over‐Fiber  (RoF) architecture  integrating broadband wireline and wireless  services”, HONET, Malaysia, 18‐20 November 2008 

  Faaiz  Hussain,  Ali  Haider,  Moin‐ud‐Din,  S.  M.  Hassan  Zaidi,  “Effecctive  contention resolution scheme to achieve minimum burst  loss  in OBS Network”, 4th International  Symposium  on High  Capacity  Optical  Networks  and  Enabling  Technologies  (HONET), Dubai, 18‐20 November 2007 

  Muhammad  Kamran,  Dr.  S.  M.  H.  Zaidi,  Muhammad  Ramzan  ,“Dynamic  Bandwidth Allocation  Algorithms  in  TDM  Ethernet  Passive  Optical  Networks:A  Review”,  ICOCN 2007, Islamabad 

  26

  Mansoor  Gul  Toor,  Dr  S.M.H  Zaidi,  Kamran  Hussain  Zaidi,  “Dynamic  Bandwidth Allocation  in  WDM  Ethernet  Passive  Optical  Networks:  A  Review”,  ICOCN  2007, Islamabad 

  Ammar Rafiq, Muhammad Ramzan, S. M. H. Zaidi, “Comparative Analysis of scheduling frameworks for efficient wavelength utilization in WDM EPON”, ICEE 2007, UET Lahore 

 Organization of conferences and workshops in 2007­08 

National Conferences and Workshops One Day Workshop on Nanophotonics and its Applications in High Speed Networks, 05 June 2008, SEECS 

 International Conferences and Workshops 

International Symposium on High Capacity Optical Networks and   Enabling Technologies (HONET 08), 18‐20 Nov 2008, Penang, Malaysia Co­organized by NUST­SEECS and UNCC 

 Labs associated with your research group PTCL/NUST/CISCO Research Lab  Research projects   International Collaboration Current Projects 

A.) DYNAMIC BANDWIDTH ALLOCATION ALGORITHM IN TDM­PASSIVE OPTICAL NETWORKS  

Introduction:  Ethernet  passive  optical  networks  (EPON)  are  an  emerging  access network  technology  that  provides  a  low‐cost  method  of  deploying  optical  access lines between a carrier’s central office (CO) and a customer site. In TDM EPON there is a single channel shared by all  the users using TDM approach. Downstream: The traffic  is  broadcasted  to  all  the  ONUs  over  the  shared  wavelength  channel. Upstream:  The  common wavelength  channel  is  shared  among  ONUs  by  time  slot allocation.  

  27

  Objectives: In this project we propose to enhance the QoS based bandwidth allocation algorithm (Non‐Linear Predictor based Dynamic Bandwidth Allocation) to solve the last‐mile access bottle‐neck for Passive Optical Networks  Details: Student: Usman Khalid Mufti Advisor: Mr. Ali Haider Co‐Advisor: Dr. S. M. H. Zaidi  International Co‐advisor: Dr. Yasin A Raja, UNCC, USA  B.) QOS IN BIMODAL BURST SWITCHING  Introduction OBS is a switching technique. It is between OPS &OCS. In this control plane and data plane are seprate. Control packet is processed in electrical domain where as data burst travels all optically. Innovative OBS based scheduling algorithm having zero burst loss and low  overhead is Bimodal Burst Switching (BBS).  BBS has two modes Mode 0  (for the edge node having small distance from the core). Mode1. (for the edge node having large distance from the core) 

  28

 Objectives: To implement QoS in BBS  Details: Students: Talha Imran  and M.Usman Afzal  Advisor: Savera Tanwir Co‐Advisor: Dr S.M.H Zaidi  International Co‐Advisor: Dr. Harry Perros, North Carolina State University, USA  C.) WIRELESS OPTICAL BROADBAND ACCESS NETWORK (WOBAN) 

 Introduction: Quad‐play, bandwidth intensive applications and entertainment are demanding for  more  sophisticated,  resilient,  power  efficient  as  well  as  high  data  rate networks  at  lower  costs.  Hybrid  Fiber  Radio  (HFR)  networks  are  potential solutions  to  the  current  requirements.  Wireless  Optical  Broadband  Network (WOBAN)  is  one  such HFR  architecture with  high  capacity  fiber  backhaul  and wireless mesh  at  frontend  to provide mobility with higher data  rates. WOBAN has its roots in Networking Aspects of wireless optical converged network.  

  29

  Objectives: Propose and simulate an improved architecture of WOBAN along with more efficient algorithm for wireless routing in WOBAN  Details: Student: Muhammad Arshad Advisor: Dr. SMH Zaidi Co‐Advisor: Miss Saver Tanwir  International Co‐advisor: Dr Biswanath Mukherjee, UC Davis, USA  E.) RESILIENCY IN WOBAN  Introduction: Hybrid Wireless Optical Broadband Access Network (WOBAN)  is an integration of wireless  and  optical  networks.    The  Optical  Network(PON)  provides  the  high bandwidth where as the Wireless Network provides the end user with mobility and flexibility. The head end of PON  is  connected  to  the Control    Station while  the  tail end  is  terminated  at  wireless  gateway  routers.  The  wireless  part  of WOBAN  is  a mesh of routers which provide connectivity to the end user through multiple hops. The  objective  of  providing  Resiliency  to  WOBAN  is  to  provide  the  end  user  the degraded  service  instead  of  no  service  because   WOBAN  can  experience multiple failures due to its hybrid architecture.  

  30

  Objectives: To improve the performance of WOBAN architecture by making it resilient against network failure.  The failure scenarios may be gateway failure, ONU failure, and/or OLT failure.   Details: Student: Aqeel Ahmad Qureshi Advisor: Dr. S.M.H. Zaidi Co‐Advisor: Mr. Muhammad Ramzan International Co‐advisor: Dr Biswanath Mukherjee, UC Davis, USA  F.) DYNAMIC OPTICAL CIRCUIT SWITCHING  Introduction: Because  of  bandwidth‐hungry  applications  our  networks  particularly  long‐haul, Telecom,  Backbone  mesh  networks  require  high  capacity  and  novel  switching methods.  As  compared  to  OPS  and  OBS,  DOCS  architecture  supports  setting  up  large bandwidth pipes on demand, fast reconfigurability, and strict service guarantees to allow these type of bandwidth requests. DOCS architecture employs small and cheap dynamic circuit  switches  that  require no  per‐packet  processing  or  buffering,  require  about  90%  less  hardware,  much higher switching capacity, and cost about four times less than an equivalent packet switch.  

  31

 Objectives: Improve  or  propose  a  new  algorithm  for  efficient  resource  utilization  of  optical networks using dynamic optical circuit switching.   Details: Student: Ali Munir  Advisor: Dr. S. M. Hassan Zaidi Co‐Advisor: Ms Savera Tanwir  International Co‐advisor: Dr Biswanath Mukherjee, UC Davis, USA  G.) PERFORMANCE EVALUATION OF FLOW TRANSFER MODE 

 Introduction: All‐packet networks  are more  suited  to  data  transfers where  variable  delay,  jitter and out of order packet arrival can be tolerated. Increasing peer‐to‐peer multimedia traffic  however,  has  different  needs  that  cannot  be  fully  satisfied  by  packetized communication. Optical  burst  switching was  a  step  in  that  direction,  as  it  created end‐to‐end  flows  with  constant  delay.  At  the  same  time,  tunneling  bypassing techniques  like MPLS emerged that reduced the packet processing at  intermediate nodes. A better way to use tunnel bypass is by using switched transmission systems like SDH/SONET, OTN and WDM. Flow Transfer Mode (FTM) is a generalization of OBS  whereby  circuit‐,  burst‐  and  packet‐switching  can  be  realized  by  one  single universal method. They  form flows of different  lengths  in  time and are created by one single control unit transmitted in advance. Scheduling control occurs at layer 2 or 3 in order to initialize data flows, while actual flow transfer happens at  layer 1. 

  32

Flows can be ultra‐short  in  case of a  single packet, or ultra‐long  for packetized or plain payload transmission of a whole video session. 

  Objectives: This project aims to evaluate the performance of FTM and compare it with OBS and packetized  data  transmission  for  various  types  of  data  flows,  using  various analytical models as well as simulation.  Details: Student: Muhammad Imran Advisor: Dr. Khurram Aziz Co‐Advisor: Dr. S.M.H. Zaidi International Co‐advisor: Dr. Harmen R. van As, Vienna University of Technology, Austria    

Past Projects  NUST Survivable Ethernet Passive Optical Network (EPON )based Optical  Access Network with Triple Play Support International Co‐Advisor: Dr. Yasin A Raja, University of North Carolina, USA MS Thesis 

  Dynamic Bandwidth Management for hybrid TDM/WDM EPONs International Co‐Advisor: Dr. Yasin A Raja, University of North Carolina, USA MS Thesis 

  Performance Analysis of Optical Burst Switching (OBS) Networks International Co‐Advisor: Dr. Harry G Perros, North Carolina State University, USA UG Thesis 

  FULL‐DUPLEX WDM COMPATIBLE RADIO‐OVER‐FIBER SYSTEM ARCHITECTURE International Co‐Advisor: Dr. Yasin A Raja, University of North Carolina, USA MS Thesis 

 

  33

Time Quantum based Online Scheduler (TQOS) International Co‐Advisor: Dr. Nasir Ghani, Maxico State University, Mexico MS Thesis 

 National Collaboration 

Current Projects  

Past Projects 

Partially online dynamic bandwidth allocation (DBA) algorithm for Hybrid   TDM/WDM EPON 

Wavelength Assignment Using Closest Wavelength Tuning   Dynamic Routing through Spontaneous Resource Reservation   Minimizing the Effect of imprecise network state information through the reduction in Communication and Storage Overheads  

Mitigating effects of Denial of Service (DoS) Attacks on E‐Commerce Sites and Networks  

TCP SYN Flood Sensor for Internet Backbone   Enterprise Application Security Framework   Design and Implementation of Security mechanism for NUST Intranet   Performance Evaluation and Enhancement of Mobile Adhoc Routing Protocols   Performance Evaluation of TCP in Mobile Ad hoc Networks   Bandwidth constrained QoS routing with mobility management in ad hoc networks  

Network Traffic Generator   Design and Implementation of Intranet for NUST and its constituent colleges   Automation of Network Labs   Building and Performance Evaluation of an MPLS Domain   Implementation and Analysis of Ameliorated Cells in Frames Architecture   Mitigating Denial‐of‐Service Attacks using Dynamic Ingress Filtering Mechanism   Routing and Wavelength Assignment algorithms in IP over DWDM Networks  

 

Industrial Linkages 

Nayatel Pvt. Limited MCNC, North Carolina, USA 

       

  34

Nanotechnology Research Group   Theme  To overcome the national needs and initiate real research in the emerging technology   Objectives  The  main  objective  of  this  Research  Group  is  to  carry  out  intensive  research  in  the following areas     Synthesis and characterization of nanostructures and thin films by utilizing simple and environmentally friendly techniques. 

Synthesis  of  nano  particles  and  thin  films  which  will  be  capable  to purify water and environment upon irradiation with visible light. 

Exploration of physical properties of nano particles and their applications to novel electronic and photonic devices technology  

 Application Domain   Water Purification   Solar Cell Development   Electronic Devices   Group Members   Mr. Ruh Ullah  MS(Microelectronic/     nanotechnology), Thailand MSc (Physics) Pakistan Synthesis        and        applications        on    nano particles  ruhullah@niit.edu.pk   

 Dr. N. D. Gohar  PhD electrical Engineering  VLSI(CAD)  ndgohar@niit.edu.pk  

  Mr. Abrar Mohammad Butt MS  (Material  Science)  TU  Delft Holland Physics and Chemistry of Materials   abrar@niit.edu.pk   

Ms. Shama Rehman M.Phil (Physics) QAU Pakistan Synthesis of Nanomaterials    shama.rehman@niit.edu.pk 

 Publication     Ruh Ullah,  Joydeep Dutta,  “Photodegradation of Organic Dyes With Manganese Doped ZnO  Nanoparticles”  Journal  of  Hazardous  Materials,  156  (2008)194‐200    [Impact Factor: 2.337 JCR­2007  

Ruh  Ullah  and  Dr.  Joydeep  Dutta,  “Photocatalytic  activities  of  ZnO  nanoparticles synthesized by wet chemical techniques”, Proceedings of IEE, International Conference on  Emerging  Technologies  Peshawar,  November  2006  (ICET  ‐2006  Peshawar),  Page 353‐358. 

  35

Ruh  Ullah,  and  Joydeep  Dutta,  “Photocatalysis  with  Mn‐doped  ZnO  nanoparticles” (Presented at nano2006 international    Conference, Bangalore, India 

Ruh  Ullah  and  Joydeep  Dutta  “Synthesis  and  Optical  Properties  of  Transition  Metal Doped ZnO Nanoparticles”  Proceedings  of  IEE,  International  Conference  on Emerging Technologies Islamabad November 2007 (ICET ‐2007 Islamabad), Page 305‐311 

Ruh  Ullah,  Sunandan  Baruah,  Faizur  Rafique  Rahman,  and  Joydeep  Dutta  "ZnO nanoparticles  and  Nanowires  semiconductor  doping,  a  way  towards  visible  light photocatalysis",  ISNEPP  2007,  International  Symposium  on  Nanotechnology  in Environmental Protection and Pollution, 11‐13 December 2007, The Bahia Mar Beach Resort  and Yachting Hotel,  Ft.  Lauderdale,  Florida, USA,  (Asia  Pacific Nanotechnology Forum)  

A.  M.  Butt,  Ruh  Ullah,  N.  D.  Gohar,  and  S.  Rehman  “Mechanisms  Influencing  Photo Induced Reactivity in Titanium Dioxide", manuscript in submission 

S.  Rehman,  Ruh  Ullah,  N.  D.  Gohar,  and  A.  M.  Butt,  “Advancements  in  Visible  Light Photocatalysis", manuscript in submission to Applied Catalysis (B) Environmental. 

 Associated Labs    Electronics Lab   Nano Technologies Lab   National Collaboration   Quid‐e‐Azam University Islamabad    Peshawar university Peshawar   Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Sciences and Technology Topy   Pakistan Council of Research in Water Resources Islamabad     Research Projects   Current Projects   

a) Design and Development of Water Purification Technologies using  Nanotechnology  

  Introduction   Nanotech  water‐purification  technologies  include  photocatalytic  materials,  where water passing through a nanomaterial  is also subjected to ultraviolet  light,  leading to the destruction of contaminants such as pesticides, industrial solvents and germs. Since  Fujishima  &  Honda  obtained  H2  by  decomposition  of  H2O  using  TiO2  as  a photocatalyst  in  the 1970s,  the  techniques has attracted substantial attention as a potential  process  for  photo‐electrochemical  energy  production  and  photocatalytic removal  of  various  organic  and  inorganic  venoms  from  air  and  water.  The  basic principle  of  semiconductor  photocatalysis  involves  the  migration  of  photo‐generated  electrons  and  holes  to  exposed  surfaces  where  they  can  react  with adsorbed  reactants  (O2  and  H2O)  as  redox  sources,  leading  to  the  production  of high  oxidant  reagent  (Hydroxyl  radical  and  supper‐oxide  )  and  subsequently  the decomposition  of  pollutants.  Photocatalysis  can  be  extended  by  using  various techniques that enable ceramic/other membranes to photo‐plate heavy metals onto a  counter  electrode  making  this  process  favorable  for  remediating  mixed  waste 

  36

streams,  naturally  polluted  water.  Compared  with  other  water  purification technologies,  photocatalysis  has  excellent  capability  of  removal  of  volatile  organic compounds  and  inorganic  compounds,  chemical  stability,  is  not  toxic,  and  is applicable in air and environment purification as well. In recent years, researchers and  engineers  have  paid  special  attention  to  nano‐sized  ZnO/TiO2,  using  as  a photocatalyst which has several advantages compared to the bulk material.  Members  Mr. Ruh Ullah (PI)  Dr. N. D. Gohar (Co­PI)  Mr. Abrar Mohammad Butt Ms. Shama Rehman   Problem Statement   Photocatalysis  via  metal  oxide  semiconductor  (such  as  TiO2  and  ZnO)  and  UV/visible  light  has  been  used  for  last  two  decades  as  purification  tool.  Self  cleaning    through    super   hydrophilicity    and   decomposition   of    volatile   organic compounds  in  to  carbon  dioxide,  water  and  mineral  salt  are  its  two  precious  practical    applications.    This    research   will    based    upon    the    decomposition    of  volatile    organic    compounds    and    inorganic    compounds    along    with    bacteria killing  via  photocatalytic  techniques  from  drinking  water  using  visible  light  as energy source. Up till now photocatalysis techniques have been commercialized (e.g. Self  cleaning window  glass,  in/outdoor  environment  purification  etc...)  that make  use  TiO2  nanoparticles  coated  on  surfaces  and  irradiated  with  UV  light. Solar spectrum  on  the  earth  surface  has  only  5%  to  7%  of  the  UV  light  while  the remaining spectrum has 46% of   visible   light   and  47%  infrared  radiation.   This  smaller  amount  of  UV  light  in  the  solar  spectrum  has   lessened  the  practical utilization  of  photocatalysis  for  purification  of  water  and  environment.  We  will develop    a    techniques    with    which    semiconductor    photocatalyst    be    able    to  generate  electron   hole   pair   upon   exposing   only   to   visible   light   and   can subsequently decompose volatile organic compounds and might also be capable  to destroy bacteria from dirking water.                      Progress and Result  The project has been successfully approved  for  funding worth Rupees 7.294 M by  Ministry of Science and Technology Pakistan. Intellectual work is continue since the  date    of    submission,    while    experimental    work    has  been  recently  started  at Institute of Environmental Science and Engineering (IESE) NUST.    Future Directions   The     project     may     be     extended      for     bacteria     disinfection     and     solar     cell development.   

 Grants Obtained  Funding worth Rupees 7.294 M from Ministry of Science and Technology Pakistan.    

  37

Wireless, Internet & Security Research (WISNET)  Research group name Wireless, Internet & Security Research (WISNET) Group   Research group theme Wireless, Internet & Security Research (WISNET) Lab was established in 2007 by Dr. Syed Ali Khayam. The key  intent behind the conception of  this research group was  to produce international‐quality research work on cutting‐edge problems.   We have been working  in the  areas  of Wireless  Networks,  Multimedia  Communications,  Network  and  Information Security, and Network Performance Analysis. 

 Objectives  To research cutting‐edge problems in three main focus areas: 1) wireless networks; 2) Internetworking; and 3) Information and network security. 

To train and produce high‐quality graduate and undergraduate students with expertise in the above focus areas. 

To work in collaboration with industry on state‐of‐the‐art practical problems.  

Application domain  Wireless and Wired Networks  Intrusion Detection  Multimedia Communications  Information Security  

 Group Members  o Dr. Syed Ali Khayam 

Ph.D. Electrical Engineering, Michigan State University, USA Wireless  Networks,  Network  Security, Performance  Evaluation  of  Network Architectures and Protocols, Analytical Modeling  of  Complex  Networking Phenomena khayam@niit.edu.pk  

o Ali Sajjad MS Computer Engineering Kyung Hee University, South Korea ali.sajjad@niit.edu.pk   

 

o Dr. Fauzan Mirza Ph.D.  Information Security, Royal Holloway, University of London, UK Cryptology, especially Design and Crypt Analysis  of  Symmetric  Key  Ciphers, Malicious  Software  Analysis,  Software Copy  Protection  and  Digital Watermarking,  Network  Security, Digital Forensics and Investigation fauzan@niit.edu.pk 

 o Adnan Iqbal   

Ph.D. student Wireless channel modeling, Bit error rate estimation, Reliability on MAC layer adnan@niit.edu.pk 

  38

 o Hassaan Khaliq   

Ph.D student Wireless channel modeling & Hierarchical clustering algorithms in wireless Sensor networks hassaan.qureshi.1@city.ac.uk  

 o Ayesha Binte Ashfaq    

Ph.D student Network­based Anomaly Detection ayesha.binte.ashfaq@gmail.com 

 o Junaid Jameel Ahmed    

MS student Wireless multimedia, Wireless Sensor networks & Wireless Channel Modeling junaidfcs@yahoo.com 

 o M. Qasim Ali    

MS student Network­based Anomaly Detection  mohdqasimali@gmail.com 

 o Syed Fida Hussain Gillani   

MS student  Internet paths fida.hussain@niit.edu.pk 

 o Syed Masood Ali   

MS student Internet Bandwidth Change Detection & Optimization of Streaming Applications jeogilani@gmail.com 

 o Maria Joseph Robert     

Research Assistant Network­based Anomaly Detection  mariajr165@yahoo.com 

 o Sajjad Rizvi 

Research Assistant Network­based Anomaly Detection  sajjad.rizvi5@gmail.com  

o Yousra Javed Research Assistant  Web based Malware Detection yusra_jav@yahoo.com 

 o Mobin Javed 

Research Assistant  Information Hiding mubeen_javed@yahoo.com 

  

Publications during period 2007­08 

Syed Ali Khayam and Hayder Radha, "Maximum‐Likelihood Header Estimation: A Cross‐Layer  Methodology  for  Wireless  Multimedia,"  IEEE  Transactions  on  Wireless Communications, vol. 6, no. 11, pp. 3946‐3954, November 2007 

Syed  Ali  Khayam,  Hayder  Radha,  Selin  Aviyente,  and  John  R.  Deller,  Jr.,  "Markov  and Multifractal Wavelet Models for Wireless MAC‐to‐MAC Channels," Elsevier Performance Evaluation, vol. 64, no. 4, pp. 298‐314, May 2007. 

Syed  Ali  Khayam,  Shirish  Karande,  Muhammad  Usman  Ilyas,  and  Hayder  Radha, "Header  Detection  to  Improve  Multimedia  Quality  over  Wireless  Networks,"  IEEE Transactions on Multimedia, vol. 9, no. 2, pp. 377‐385, February 2007. 

  39

Ayesha  Binte  Ashfaq, Maria  Joseph  Robert,  Asma Mumtaz, Muhammad Qasim Ali,  Ali Sajjad,  and  Syed  Ali  Khayam,  "A  Comparative  Analysis  of  Anomaly  Detectors  under Portscan Attacks," Recent Advances in Intrusion Detection (RAID), September 2008.  

Muhammad  Saleem  ,  Syed  Ali  Khayam,  and  Mudassar  Farooq,  "Formal  Modeling  of BeeAdhoc:  A  Bio‐Inspired  Mobile  Ad  Hoc  Network  Routing  Protocol," International Conference  on  Ant  Colony  Optimization  and  Swarm  Intelligence  (ANTS)  ,  September 2008. 

M.  Zubair  Shafiq  ,  Syed  Ali  Khayam,  and  Mudassar  Farooq,  "Embedded  Malware Detection using Markov n‐grams," Conference on Detection of Intrusions and Malware & Vulnerability Assessment (DIMVA) , July 2008. 

Muhammad Saleem  , Syed Ali Khayam, and Mudassar Farooq,  "A Formal Performance Modeling  Framework  for  Bioinspired  Ad  Hoc  Routing  Protocols," ACM  Genetic  and Evolutionary Computing Conference (GECCO), July 2008. 

M.  Zubair  Shafiq,  Syed  Ali  Khayam,  and  Mudassar  Farooq,  "Improving  Accuracy  of Immune‐Inspired  Malware  Detectors  using  Intelligent  Features," ACM  Genetic  and Evolutionary Computing Conference (GECCO), July 2008. 

Adnan Iqbal and Syed Ali Khayam, "Improving WSN Simulation and Analysis Accuracy Using  Two‐Tier  Channel  Models," IEEE  International  Conference  on  Communications (ICC), May 2008.  

Adnan  Iqbal, M.  Khurram  Shahzad,  and  Syed  Ali  Khayam,  "SRVF:  An  Energy‐Efficient Link  Layer  Protocol  for  Reliable  Transmission  over Wireless  Sensor Networks,"  IEEE International Conference on Communications (ICC), May 2008. 

Sohraab  Soltani,  Syed Ali  Khayam,  and Hayder Radha,  "Detecting Malware Outbreaks using  a  Statistical  Model  of  Blackhole  Traffic," IEEE  International  Conference  on Communications (ICC), May 2008. 

Syed  Ali  Khayam,  Hayder  Radha,  and  Dmitri  Loguinov,  "Worm Detection  at  Network Endpoints  using  Information‐Theoretic  Traffic  Perturbations," IEEE  International Conference on Communications (ICC), May 2008. 

Waqas Bukhari and Syed Ali Khayam, "Equitable MAC Layer Performance Comparison of  Cooperative  Diversity  Protocols  for Wireless  Networks," IEEE  Sarnoff  Symposium, April 2008. 

M.  Zubair  Shafiq,  Mudassar  Farooq,  and  Syed  Ali  Khayam,  "A  Comparative  Study  of Fuzzy  Inference  Systems,  Neural  Networks  and  Adaptive  Neuro  Fuzzy  Inference Systems  for  Portscan  Detection," European  Workshop  on  the  Application  of  Nature­inspired  Techniques  to  Telecommunication  Networks  and  other  Connected  Systems (EvoCOMNET), March 2008.  

  40

Syed  Ali  Khayam  and  Hayder  Radha,  "Comparison  of Multimedia  Transport  Schemes over  Markovian  Wireless  Channels,"   Asilomar  Conference  on  Signals,  Systems,  and Computers, November 2007. 

Syed Ali Khayam and Hayder Radha,  "Using Session‐Keystroke Mutual  Information  to Detect  Self‐Propagating  Malicious  Codes,"   IEEE  International  Conference  on Communications (ICC), June 2007. 

Syed  Ali  Khayam  and  Hayder  Radha,  "On  the  Impact  of  Ignoring Markovian  Channel Memory  on  the  Analysis  of  Wireless  Systems,"   IEEE  International  Conference  on Communications (ICC), June 2007. 

Shirish  Karande,  Syed  Ali  Khayam,  Yongju  Cho,  Kiran  Misra,  Hayder  Radha,  Jae‐Gon Kim, and Jin‐Woo Hong, "On Channel State  Inference and Prediction using Observable Variables  in  802.11b  Networks,"   IEEE  International  Conference  on  Communications (ICC), June 2007. 

Yongju  Cho,  Syed  Ali  Khayam,  and  Hayder  Radha,  "A  Multi‐Tier  Model  for  BER Prediction over Wireless Residual Channels,"   International Conference on  Information Sciences and Systems (CISS), March 2007. 

 Associated Labs   WAVES Lab at Michigan State University, East Lansing, USA  Internet Lab at AJOU University, Suwon South Korea  Information Security Research Group (ISRG) at NUST‐SEECS  Center for Applied Network Research (CANR) at NUST‐SEECS  Center for High Performance Scientific Computing (CHSPC) at NUST‐SEECS  Next Generation Intelligent Networks Research Center, Pakistan  Research projects   International Collaboration Current projects 

 a.) HYBRID AND ADAPTIVE ERROR RECOVERY PROTOCOL FOR IP  

MULTIMEDIA STREAMING           Project funded by Nokia Research, China. 

 Introduction Under  this  project,  we  are  developing  an  adaptive  protocol  for  a  generic  IP  video streaming application that is crossing heterogeneous wired/wireless segments. Under such  heterogeneous  setting,  it  is  anticipated  that  (virtually)  each  (or  a majority  of) received  packet(s) will  suffer  from  a  certain  degree  of  bit‐level  errors. We  refer  to these  bit‐level  errors  as  the  error  process  of  the  IP  video  streaming  application. 

  41

Handling the erroneous IP video packets  that are corrupted by a  time‐varying error process  using  an  adaptive  protocol  is  a  focal  objective  of  the  proposed  project.  A hybrid  of  two  competing  approaches,  namely  retransmissions  and  forward  error correction  (FEC),  will  be  considered  in  support  of  the  adaptive  protocol.  One  or  a hybrid of these two approaches will be selected by the adaptive protocol in response to  the  underlying  error  process.  The  proposed  protocol  will  act  as  a  transport mechanism and decision logic for the RTP layer. The transport mechanism will ensure timely delivery by choosing the appropriate error recovery strategy based on inferred error  behavior,  RTP’s  RTT  (Round  Trip  Time)  estimates,  and  application  QoS requirements. The proposed protocol will adaptively choose appropriate parameters for the two error recovery schemes using error behavior (rate,  burstiness, etc.,) and QoS constraints (latency, data rate, bandwidth, etc.)  

 Members • Dr. Syed Ali Khayam • Dr. Arshad Ali  • Hassan Aqeel • Adnan Iqbal • Junaid Jameel Ahmed • Maryam Hafeez 

 Problem Statement To develop and evaluate a robust, error resilient adaptive protocol for multimedia streaming 

 Motivation After  the  unprecedented  success  of  IP  networks,  most  emerging  access  and  edge networks are migrating  to an  IP‐based protocol  stack  irrespective of  the underlying physical media. Moreover,  integrated voice, video and data  services on a unified  IP‐based  platform  are  being  supported  in  emerging  networks.  Support  for  multiple services  on  different  physical media  places  complex  requirements  on  the  design  of multimedia applications with stringent QoS constraints. To simultaneously cater  for content and medium heterogeneity on emerging IP networks, we need adaptive error recovery and repair scemes that can seamlessly detect and adapt to different physical media and application QoS. 

 Progress We have collected residual bit‐error traces of 802.15.4 and 802.11 networks. These traces are publicly available at CRAWDAD website. Preliminary Analysis of data is has been carried out and statistical models are derived using this analysis. These models are also mapped to algorithm design and adaptive coding techniques are being formulated. 

  42

 Results The proposed scheme of BER estimation under this project is proved to be better than any exiting schemes and these results are summarized in the Table I.  

 

 Future Directions We aim to evaluate the proposed protocol on a large set of traffic traces. 

  

b.) ENERGY EFFICIENT VIDEO COMPRESSION FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS 

Project funded by Nokia Research, China.  

Introduction Wireless  video  sensor  networks  are  anticipated  to  be  deployed  for monitoring  of remote  geographical  areas.  In  order  to  save  energy  during  bit transmissions/receptions over a video sensor network, the captured video content needs  to be encoded before being  transmitted  to  the base station. However, video encoding is an inherently complex operation that can cause a major energy drain at energy‐constrained  sensors.  Thus  a  systematic  evaluation  of  different  video encoding  options  is  required  to  enable  a  designer  to  choose  the  most  energy‐efficient compression technique for a given video sensing application scenario. 

 Members 

Syed Ali Khayam  Hassan Aqeel Khan  Junaid Jameel Ahmad  

 Problem Statement Under  this  project,  we  are  designing  video  compression  algorithms  for  wireless sensor networks that can be used to monitor inaccessible geographic regions. While 

TABLE I: BER ESTIMATION ERROR AVERAGED OVER AT LEAST 5 TRACES PER SETUP, EACH TRACE CONTAINED 1 MILLION PACKETS Scheme  Setup1 Setup2  Setup3 

Partial FEC  0.0001 0.0007  0.0005 Traditional FEC  0.0173 0.0513  0.0363 

SNR  0.0091 0.025  0.014 Redundant Data 0.254  0.242  0.251 

Pilot Interleaved  0.013  0.0186  0.167 

  43

energy‐efficiency  is  a  fundamental  constraint  for  any  wireless  sensor  network,  it becomes more critical in the video sensing applications because of the nature of the captured  content  (video)  and  the  harsh  natural  conditions  that  are  generally observed in a disaster‐struck area. Video processing is inherently computation‐ and bandwidth‐intensive  and  therefore  consumes  a  significant portion of  the  sensor’s, limited, energy resources due  to excessive computations and bit  transmission. We are developing low‐complexity and bandwidth‐efficient video processing and coding algorithms  that  can  be  deployed  on  sensor  motes  without  consuming  significant computational  or  transmission  energy.  These  algorithms  should  also  be  able  to adapt to the different weather conditions. All the algorithms proposed in this work will  be  deployed  on  a  wireless  sensor  network  testbed  and  will  be  tested  under realistic physical conditions. 

 Motivation Due to  limited energy resources at sensor motes,  the most  fundamental constraint on any WSN application or protocol is energy efficiency. Two main sources of energy drain  in  a  sensor  mote  are  local  computations  and  bit  transmissions/receptions. Video  transmission  incurs  both  types  of  energy  depletion  as  video  content  is bandwidth‐intensive (requiring significant bit transmissions/receptions) and video compression  is  an  inherently  complex  operation  (requiring  significant  local computations).  In  this  context,  video  communication  over  WSNs  presents  an interesting complexity‐compression tradeoff. On the one hand, in video sensors the idea  of  performing  a  high  degree  of  compression  to  reduce  the  number  of  bit transmissions/receptions  seems  appealing.  On  the  other  hand,  use  of  a  complex compression technique will result in a considerable increase in the number of local computations  at  the  sensor.  A  systematic  comparison/investigation  of  the computational/transmission  energy  depletion  of  these  different  video  coding alternatives  on  actual  sensors  motes  is  required  to  study  the  complexity‐compression tradeoff for wireless sensor networks. 

 Progress In this project, we have evaluated the energy consumptions of three video coding alternatives for wireless sensor networks. These three video coding alternatives include: 

1) Change‐Detected Predictive Video Coding (PVC)  2) Predictive Video Coding without Change‐Detection  3) Distributed Video Coding (DVC).  

For all of  these  three video coding paradigms, we separately evaluated  the energy consumptions for both the video encoding computations and video transmission. All evaluation  is  performed  over  the  Stargate  sensor  platform mounted with  TelosB, MICA  and  MICAz  transceivers.  Furthermore,  based  on  our  evaluation,  we  have identified  the main energy consuming blocks  in  the encoding schemes of PVC and DVC paradigms and proposed energy saving modifications to these blocks. We have 

  44

shown that by employing the proposed modifications, significant energy savings can be realized for the encoding schemes of both PVC and DVC paradigms. In addition, for  all  the  video  encoding  configurations  evaluated  in  this  project,  our  results revealed the counter‐intuitive and important finding that the major source of energy drain in WSNs is local computations performed for video compression and not video transmission. The  findings of  this work are submitted  for publications  in  the  form following papers: 

• Junaid  Jameel  Ahmad,  Hassan  Aqeel  Khan,  and  Syed  Ali  Khayam,  "Energy Efficient Video Compression  for Wireless  Sensor Networks,”  submitted  to the 43rd IEEE Conference on Information Sciences and Systems (CISS), 2009 

• Junaid  Jameel  Ahmad,  Hassan  Aqeel  Khan,  and  Syed  Ali  Khayam, “Performance  Evaluation  of  Compression  Schemes  for  Wireless  Video Sensor Networks” submitted to the Elsevier Performance Evaluation Journal (PEVA), 2009 

 Results Throughout this project, we presented our results keeping the following questions in  mind:  1)  Which  video  encoding  options  (inter/intra/DVC  video  coding with/without change‐detection) provide better energy efficiency?  2)  How  much  energy  efficiency  is  provided  by  these  different  video  encoding options?  3) What is the impact of different video characteristics (mobility, frequency content) on energy efficiency? 4) Does change‐detection help in improving energy efficiency?  5)  In what  proportion  do  change‐detection,  local  computations  for  encoding,  and bits transmissions contribute to the overall energy depletion at the sensors? 

 Energy Efficiency of Predicative Video Coding 

The  energy  consumptions  of  change‐detected  and  non  change‐detected  Predictive  Video Coding are evaluated in  

Figure  1.  Note  that,  for  both  of  these  change‐detected  and  non  change‐detection cases, inter coding always consume higher amounts of energy than intra coding. We can  also  observe  that,  for  both  inter  and  intra  coding  of  video  sequences without prior change‐detection consumes less energy as compared to change‐detection PVC. Furthermore, we  proposed  to  use MJPEG2K  based  intra  coding  than H.264  based intra  coding.  From Figure 2, we  can  clearly  see  that, MJPEG2K based  intra  coding achieves significant energy savings in comparison to H.264 intra coding.  

  45

780.000

790.000

800.000

810.000

820.000

830.000

840.000

850.000

860.000

870.000

880.000

Mobile Carphone Foreman

ENER

GY

(mJ)

Bayesian LCDA Non CD

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

Mobile Carphone Foreman

ENER

GY

(mJ)

Bayesian LCDA Non CD

 (a) Inter encoding  (b) Intra encoding 

 Figure 1: Total energy depletion of change‐detection and non change‐

detected (CD) predictive video coding 

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

Mobile Carphone Foreman

ENER

GY

(mJ)

H.264 IntraMJPEG2K Intra

 

Figure 2: Distribution of energies for MJPEG2K intra coding 

Figure  3  displays  the  proportion  in  which  encoding  computations  and  bit transmissions  contribute  to  the  overall  energy  depletion  for MJPEG2K based intra coding. We can see here that again, on average, the computational energy depletion  constitutes  the  major  portion  (72.85%)  of  the  total  energy consumption as compared to the bit transmission energy (27.15%), and is thus the  dominating  factor  in  determining  the  overall  energy  consumption  in  a video sensor network. 

  46

72.85%

27.15%

Computations Transmissions

 

Figure 3: Distribution of energies for MJPEG2K intra coding. 

Energy Efficiency of Distributed Video Coding For the DVC paradigm, our evaluation results show that the PRISM encoder depletes more  energy  than  the  Wyner‐Ziv  encoder.  Next,  we  also  proposed  complexity reducing modifications to both of these DVC encoders. Figure 4 (a) and (b) show the total energy depletions of our modified versions of PRISM and Wyner‐Ziv encoders against  the  original  PRISM  and  Wyner‐Ziv  encoders,  respectively.    From  both  of these  plots,  we  can  see  that  the  proposed  modifications  significantly  reduce  the overall energy depletion.  

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

Mobile Carphone Foreman

ENER

GY

(mJ)

PRISMPRISM*

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

GOP = 2 GOP = 4 GOP = 8 GOP = 2 GOP = 4 GOP = 8

Key Frames as H.264 Intra Key Frames as MJPEG2K Intra

EN

ER

GY

(m

J)

MobileCarphoneForeman

(a)  PRISM coding vs PRISM* coding.  (b) H.264 based Wyner‐Ziv coding vs MJPEG2K based Wyner‐Ziv coding 

Figure 4: Total energy depletions of Original and Improved DVC encoders. 

Figure  5  (a)  and  (b)  show  the  energy  depletion  proportions  for  PRISM*, MJPEG2K based Wyner‐Ziv encoders respectively (GOP = 2). It is quite obvious that  DVC  encoders  also  tend  to  follow  the  same  trend  in  terms  of  energy depletion  i.e.  most  of  the  energy  depletion  results  due  to  encoding computations, the contribution from bit transmissions is minor in comparison. 

 

  47

89.98%

10.02%

Computations Transmissions

 75.02%

24.98%

Computations Transmissions

 

(a) PRISM* (b) MJPEG2K based Wyner‐Ziv coding with 

GOP 2 

Figure 5: Distribution of energies for Improved DVC 

 Future Directions In  future,  we  will  be  working  to  deploy  our  wireless  sensor  network  testbed  in different  types  of  environment  and  will  enhance  it  to  detect  and  adapt  to  its surroundings. In particular, the algorithms should operate under different weather (sunshine, rain, snow etc.) and lighting conditions  

 i. National Collaboration 

 1. Current projects  A.) DESIGN & DEVELOPMENT OF AN OPEN­SOURCE ENTERPRISE NETWORK 

SECURITY SOLUTION Project funded by Pakistan National ICT R&D Fund.  

Introduction 

Since the CodeRed worm of 2001, malware attacks have emerged as one of the most prevalent and potent threats to network and host security (From 2006 to 2007, the total number of malicious code attacks reported by Symantec showed a phenomenal increase  of  468%). Many  network‐based  anomaly  detection  systems  (ADSs)  have been  proposed  in  the  past  few  years  to  detect  novel  network  attacks.  Since malicious portscans are the vehicle used by malware and other automated tools to locate  and  compromise  vulnerable  hosts,  some  of  these  anomaly  detectors  are designed specifically for portscan detection, while other detectors are more general‐purpose  and  detect  any  anomalous  traffic  trend.  Most  of  the  network‐based anomaly detectors model and leverage deep‐rooted statistical properties of benign traffic to detect anomalous behavior. A variety of theoretical  frameworks including 

  48

stochastic,  machine  learning,  information‐theoretic  and  signal  processing frameworks–have been used to develop robust models of normal behavior and/or to  detect/flag  deviations  from  that  model.  However,  very  little  effort  has  been expended  into  comparative  evaluation  of  these  recent  ADSs  for  the  portscan detection problem. 

 Such  a  comparative  evaluation  would  enable  us  to  identify  the  strengths  and weaknesses  in  the  current  security  solutions  and  would  assist  us  in  the development of a robust system that can provide high detection rates accompanied by low false alarms. 

 Members 

• Dr. Syed Ali Khayam • Mr. Ali Sajjad • Ayesha Binte Ashfaq • Maria Joseph Robert • Asma Mumtaz • Muhammad Qasim Ali 

 Problem Statement To  perform  a  comprehensive  comparative  performance  evaluation  of  prominent anomaly detection systems, so as to provide a broad basis for future benchmarking 

 Motivation Since  the  seminal  1998/1999  DARPA  evaluations  of  intrusion  detection  systems, network attacks have evolved considerably.  In particular, after the CodeRed worm of  2001,  the  volume  and  sophistication  of  self‐propagating malicious  code  threats have  been  increasing  at  an  alarming  rate.  Many  anomaly  detectors  had  been proposed, especially in the past few years, to combat the new and emerging network attacks.  At  the  time,  it  was  important  to  evaluate  existing  anomaly  detectors  to determine and learn from their strengths and shortcomings.  Progress Significant  milestones  have  been  achieved  with  ADS  prototypes  developed  and tested  leading  to  a  publication  in  one  of  the  world’s  best  security  conferences RAID2008.  

 Results Our results show that some of the evaluated anomaly detectors provide reasonable accuracy  with  low  detection  delay.  However,  these  detectors  do  not  provide sustained  accuracy  on  both  the  datasets.  Our  results  show  that  some  of  the evaluated anomaly detectors provide reasonable accuracy with low detection delay. However, these detectors do not provide sustained accuracy on both the datasets. 

  49

  

 Figure 6: ROc Analysis of ADSs on Endpoint dataset 

 

 Figure 7: ROC Analysis of ADSs on Router‐based dataset 

 Future Directions Currently we are working on porting the best performing anomaly detection system, with proposed changes incorporated, on multi‐core systems. 

  

B.) NETWORK­EMBEDDED SECURITY USING IN­NETWORK PACKET MARKING Project funded by Pakistan National ICT R&D Fund.  

Introduction Over  the  last  few  years,  the  phrase  “The  Internet  is  Broken”  has  been  repeatedly used to highlight the current Internet’s inability to combat network attacks, such as self‐propagating malware and distributed denial‐of‐service attacks. While the jury is out  on  whether  this  phrase  is  appropriate  or  hyperbolic,  security  professionals widely agree that the original Internet design with a “trust‐everybody” approach is naïve and needs at  the very  least  to be reconsidered or  to be scrapped altogether. Moreover,  there  is widespread  consensus  that  in  the next‐generation  Internet  the 

  50

entire burden of  security cannot be assigned  to  the endpoints and edge networks, and that some notion of security needs to be embedded into the network core. 

The primary objectives of this project are:  

(a) The  development  of  theoretically‐sound,  practical  and  scalable  security‐based packet marking methods,  including security‐induced packet marking at wire‐speeds within the core network. 

 (b) The development of robust strategies for the discarding (or more generally 

“handling”)  of  security‐marked  malicious  packets  while  ensuring  stability, fairness and convergence objectives for benign and legitimate flows.  

 Members • Dr. Syed Ali Khayam • Dr. Fauzan Mirza • Irfan ‐ ul – haq • Sardar Ali • Naurin Ramay • Anam Sarfraz 

 Problem Statement Under this project, we will investigate a network‐embedded security framework, in which the endpoints, the edge networks and the network core act in a coordinated and practical manner to defeat high‐rate traffic attacks. The objective of this project is to indigenously research a state‐of‐the‐art network security solution in Pakistan. 

 Motivation Successful  completion  of  this  project  can  result  in  the  proposed  solution  being incorporated  into  the  next  generation  Internet  design  thereby  resulting  in significant research credibility and wealth generation for Pakistan. 

  

Projects with Industry    Design and Development of an Enterprise Anomaly Detection Solution 

Over the last decade, system security threats have evolved from human intruders to sophisticated malware. With the evolution of these attack methodologies, the field of intrusion  detection  has  inevitably  evolved  with  detection  of  malicious  network attacks becoming its main focus. Based on the results of research in this area, there is  widespread  agreement  in  the  security  community  that  network  anomaly detectors,  which  detect  zero‐day  attacks  by  flagging  deviations  from  a  model  of 

  51

benign  behavior,  are  the most  robust  and  scalable method  of  detecting  network‐wide anomalies. Despite this consensus, anomaly‐based Intrusion Detection Systems (IDSs) have not received  widespread  deployment.  The  problem  with  contemporary  anomaly detectors  is  that  they  are  inaccurate  (low detection  rates  and/or  high  false  alarm rates), incur unreasonable detection delays and require human intervention. While a plethora of IDSs have been proposed in research publications and patents, most of these  IDSs  are  unable  to  achieve  product‐quality  accuracy  and  detection  delays. Moreover  they  require human  intervention  to  combat with  the  inherently varying nature of traffic characteristics. Under  this project, we  research  and develop  an  accurate  and  real‐time  enterprise intrusion detection and prevention solution to detect zero‐day network attacks. This solution will  consist  of  two main  components:  a  passive  anomaly detector  and  an active anomaly detector. (A potential deployment strategy for the proposed solution is  shown  in  Figure  8)  The  active  anomaly  detector will  preemptively  and  quickly detect  Internet‐scale  and  targeted  threats  and will  also  facilitate  attack  forensics. The anomaly detector will evaluate existing and new traffic features of incoming and outgoing traffic for real‐time attack characterization. These features will be used for attack  detection  in  novel  information‐theoretic,  statistical,  and  machine  learning frameworks. The second component of the proposed solution, the passive anomaly detector, will be designed to capture    incoming traffic that  is bound for inactive IP addresses and ports inside an enterprise network. The passive detector will develop a baseline model of misconfigured  incoming network  traffic.   Deviations  from this model will be used to detect malicious traffic patterns. 

 Figure 8: An example topology for the proposed anomaly detector 

  Patent filed/approved 

1. Patents Filed in US PTO a. Patent 1: Header Estimation  to Improve Multimedia Quality over 

Wireless Networks 

  52

b. Patent 2: On Channel State Inference and Prediction using Observable Variables  in 802.11b Networks 

 2. Patents Filed in IPO Pakistan 

a. Patent 1: A Method For Embedded Malware Detection b. Patent 2: Detection of Traffic Anomalies in a Computer Network  

 Contracts and grants obtained  Won the following R&D funding from the ICT: 

• Rs.  6.148 Million  for  the  project  “Design  &  Development  Of  An  Open‐Source Enterprise Network Security Solution”  

• Rs. 8.88 Million for the project “Network‐Embedded Security using In‐Network Packet Marking” 

WISNET has also won R&D funding from the Nokia Research Center, China:  • € 10,000 for the projects “Hybrid And Adaptive Error Recovery Protocol For IP 

Multimedia Streaming” and “Energy Efficient Video Compression For Wireless Sensor Networks” 

                          

  53

Next Generation Communication Technologies Research Group  Theme The aim of this group is to explore and exploit the research potential in the field of next generation communication and contribute usefully to the ongoing standardization of these technologies  Objectives  To investigate the issues at the physical, MAC, network and application layer for the next generation communication technology 

To address the aspects of signal processing involved  To produce quality publications as an outcome of research  To establish industry‐academia linkages and research collaborations  Application domain  Wireless Communication  Mobile Communication  Satellite Communication  Communication Networks  

Group Members  

Dr Khurram Aziz   www.niit.edu.pk/~khurram.aziz  Ms.Khalida Noori   www.niit.edu.pk/~khalida.noori  Ms Madeeha Owais    www.niit.edu.pk/~madeeha.owais  Ms Ayesha Bint Saleem  www.niit.edu.pk/~ayesha.saleem  

Publications during period 2007­08 

Journal Publications • Khalida  Noori,  S  A  Haider  (2007),“A  layered  structure  MIMO  OFDM  system  with 

channel  equalization”,  Journal  of  Digital  Information  Management,  vol.  5,  No.  6, December 2007. 

• S A Haider, Khalida Noori (2007), “Adaptive turbo coded OFDM”,  Journal of Digital Information Management, vol. 5, No. 6, December 2007. 

Conference Proceedings • Khalida Noori, S A Haider (2007),  “Comparison of coded and uncoded vertical and 

horizontal  layered structure MIMO OFDM system” Proceeding of 9th  International Conference on Advance Communication Technology. 

  54

• Khalida  Noori,  S  A  Haider  (2007),  “Channel  equalization  of  MIMO  OFDM  system using  RLS  algorithm”,  Proceeding  of  3rd  International  Conference  on  Wireless Communication, Networking and Mobile Computing. 

• S A Haider, Khalida Noori, Shoab Ahmed Khan (2007), “Performance improvement of Layered MIMO OFDM system using turbo codes” Proceeding of 3rd International Conference on Wireless Communication, Networking and Mobile Computing. 

• Khalida  Noori,  S  A  Haider,  Shoab  Ahmed  Khan  (2008),  “An  Efficient  estimation algorithm  for  MIMO  OFDM  system  using  Turbo  Codes”,  Springer  book  “Novel Algorithms  and  Techniques  In  Telecommunications,  Automation  and  Industrial Electronics”, ISBN no 978‐1‐4020‐8736‐3, pp‐405‐408.    

• M Talha,J  Ahmed,  K  Noori,  S  A  Hiader  (2008),  “Bit  error  rate  comparison  of MC‐CDMA  and  OFDM  system”  Proceeding  of  International  conference  on  computer sciences and information technology. 

• Khalida  Noori,  S  A  Haider,  Shoab  Ahmed  Khan  (2008),  “An  Efficient  estimation algorithm  for  MIMO  OFDM  system  using  Turbo  Codes”,  Proceeding  of  4th International Joint Conferences on Computer, Information and System Sciences and Engineering. 

Research Projects National Collaboration Current Projects 

Design Analysis and Simulation of IDMA  Design and development of Automatic Frequency Planning Tool  Application of layered structures to MC‐CDMA 

 Past Projects 

Combination of MIMO with MC‐CDMA  Adaptive OFDM System   MIMO OFDM System   Performance Analaysis of OFDM System by using FEC Techniques   Comparison of DS‐CDMA and MC‐CDMA 

 Projects with Industry  Current Projects  

Design and development of Automatic Frequency Planning Tool   

   

  

  55

Center for High Performance Scientific Computing  Theme To conduct research in parallel computing paradigms and applications  Group objectives  Support cutting edge scientific and engineering projects  Conduct  research,  development,  and  evaluation  of  parallel  programming  languages, libraries, paradigms 

Produce  HPC  experts  capable  of  doing  development  for  innovative  science  and engineering 

 Application Domain Parallel Computing, High Performance Computing, Grid Computing, Computational Science, Computational Astrophysics  Group Members  1. Aamir Shafi, Group lead, Ph.D., aamir.shafi@niit.edu.pk 2. Samin Khaliq, Researcher, Masters, samin.khaliq@niit.edu.pk  3. Hammad Siddiqi, Researcher, Masters, hammad.siddiqi@niit.edu.pk 4. Umar Butt, Sun certified System Administrator, Masters umar.butt@niit.edu.pk 5. Aftab Hussain, Research Assistant, aftab.husain@niit.edu.pk 6. Ammar Ahmad Awan, Research Assistant, 45ammar@niit.edu.pk 7. Jawad Manzoor, Research Assistant, jawad.manzoor@niit.edu.pk 8. Faisal Zahid, BIT‐7 Student, faisal.zahid@niit.edu.pk 9. Ahmed Ali Gul, BIT‐7 Student, ahmad.gul@niit.edu.pk 10. Zafar Gillani, BIT‐7 Student, zafar.hussan@niit.edu.pk 11. Kamran Hameed, BIT‐7 Student, kamran.hamid@niit.edu.pk  12. Muhammad Wakeel, Masters Student, muhammad.wakeel@niit.edu.pk   Publications  1. Aamir Shafi, Bryan Carpenter, Mark Baker, and Aftab Hussain, A Comparative Study of 

Java  and  C  Performance  in  Two  Large  Scale  Parallel  Applications,  To  appear  in Concurrency and Computation: Practice and Experience, 2009 

 2. K. Chanchio, C. Leangsuksun, H. Ong, V. Ratanasamoot, and A. Shafi, An Efficient Virtual 

Machine  Checkpointing  Mechanism  for  Hypervisor‐based  HPC  System,  High Availability and Performance Computing Workshop, Denver USA, 2008.  

 3. Aamir  Shafi,  Aftab Hussain,  and  Jamil  Raza,  A  Parallel  Implementation  of  the  Finite‐

Domain Time‐Difference Algorithm using MPJ Express Java Workshop at the 22nd IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium, Miami Florida USA, April 2008.  

  56

 4. Mark Baker, Bryan Carpenter, and Aamir Shafi, A Buffering Layer to Support Derived 

Types  and  Proprietary  Networks  for  Java  HPC,  Scalable  Computing:  Practice  and Experience, pp 343–358, 8(4), ISSN 1895‐1767, December 2007. 

 Organization of Conferences and Workshop  

1. Workshop  on  How  to  Build  and  Configure  Supercomputers,  21st  Jan  –  22nd  Jan, 2008 

2. Workshop on Solaris 10  Intermediate System Administration Training, 19th Feb – 23rd Feb, 2008 

3. Workshop on Shell  Scripting using Korn Shell,  9th  June – 13th  June,  For Teradata Global Consulting Pakistan, 2008 

4. Workshop on Scientific Computing using GPUs, 7th Aug – 8th Aug, 2008 5. Workshop  on  Shell  Scripting  using  Korn  Shell,  18th  August  –  22nd  August,  For 

Teradata Global Consulting Pakistan, 2008 6. Workshop on Solaris 10 System Administration – Part 1, 13th Oct to 17th Oct, For 

Nokia Siemens Network (NSN) Engineers, 2008  7. Workshop on Solaris 10  Intermediate System Administration – Part 2, 27th Oct  to 

31st Oct, For Nokia Siemens Network (NSN) Engineers, 2008    Labs Associated High Performance Scientific Computing Lab  Research Projects/Grants  1. Title: “Collaborative Multicore Programming Using Scientific Java Messaging”      Funding Body: British Council      Role: Principal Investigator.      Approved Funding: £ 40,000     Duration: September 2008 to August 2010.      Executing Body: National University of Sciences and Technology (NUST)   2. Title: “Establishment of Grid Node at SEECS”      Funding Body: Higher Education Commission (HEC)      Role: Project Director.      Approved Funding: 34.82 Million Rs.      Duration: Jan 2006 to December 2008.      Executing Body: National University of Sciences and Technology (NUST)   3. Title: “High Performance Computing Research and Development”      Funding Body: National University of Sciences and Technology (NUST)     Role: Principal Investigator.      Approved Funding: 2.0 Million Rs.      Duration: August 2007 to June 2009  

  57

    Executing Body: National University of Sciences and Technology (NUST)   4. Title: “Capacity Building of Lady Health Workers in Rural Mardan, NWFP      through the      use of ICT based Tele‐healthcare”  Funding  Body:  Higher  Education  Commission  and  the  US  State  Department  under  the Pak‐USAid Science and Technology Programme 2008  

    Role: Co Principal Investigator      Approved Funding: $ 225,452.85      Duration: September 2008 to August 2010      Executing Body: National University of Sciences and Technology (NUST)                                    

  58

Group for Research in ASIC and FPGA (GRAF)  Theme The aim of GRAF is to develop an environment for research in FPGAs, FPGA Based System Design  and  SoC/SoPC.  The  group  conducts  research  in many  aspects  of  FPGAs  including FPGA  architecture  exploration,  high  level  design  tools,  reconfigurable  computer architectures,  and  applications  of  FPGAs  and  reconfigurable  hardware  in  a  number  of domains such as Video and Image Processing, DSP and Communication System Engineering and  Networks‐on‐Chip.  We  are  also  keen  in  collaborative  research  with  companies  and academic  groups  who  share  common  interest  in  state‐of‐the‐art  research  in  the  area  of digital integrated circuits.  Objectives  Provide students the opportunity to work in advanced technological domain.  Develop linkages with industry and to provide them with the highly motivated hardware engineers with diverse technical experience 

Design efficient and reliable FPGA based systems   Provide highly innovative and Cost‐effective FPGA based solutions to the local industry  Application Domain  FPGA and ASIC Design  Group Members  Dr. N.D. Gohar Principal Investigator Professor, HoD CSE PhD, ICSTM, UK ndgohar@niit.edu.pk  Mr. Jamshaid Sarwar Malik Visiting Faculty MS, KTH, Sweden Joint  PhD  student  at  NUST  &  KTH working on Software Defined Radio jamshaid47@yahoo.com  Wg. Cdr. (R) Nasir Mehmood Assistant Professor MS (BUAA), China  Joint  PhD  student  at  NUST  &  KTH working on Software Defined Radio  nasirm15@gmail.com  

Mr. Bilal Saqib Lecturer MSc, UoH, UK bilal.saqib@niit.edu.pk Ms Saba Zia Research Assistant BICSE, SEECS, PK MS  (Telecom)EE  Student  at  NUST working on Software Defined Radio saba.zia@niit.edu.pk  Mr Fayyaz Rasool Lab Technician DAE, PBTE, PK fayyaz.rasool@niit.edu.pk  Mr. Rizwan Ashraf Lab Attendent DAE, Electronics, PK rizwan.ashraf11@yahoo.com  

 

  59

Students  Shahnawaz Muhammad Uzair Yasir Habib Farrukh Hijaz Syed Aamer Hussain Saad Aftab  Publications 

1.  Shafqaat A., N. D. Gohar,  Atif K.,  ”A Dynamic Congestion Control Mechanism  for Real‐Time  Streams  over  RTP”,  Proceedings  of  IEEE  9th  Int.  Conference  on  Advance Communication Technologies, Pheonix Parks, Republic  of Korea, Volume: 2,   pp 961‐966, Feb. 2007. 

2.Asma  Latif, N. D. Gohar,  “Signal  Properties  of Hybrid  LFSK Modulated MQAM  (HQFM) OFDM Transceiver” International  Journal of Computer Science and Network Security, Vol. 07 No. 11, ISSN‐ 1738‐7906, pp 72‐76, November 2007  

3.  Asma  Latif,  N.  D.  Gohar,  “On  the  PAPR  Reduction  Properties  of  Hybrid   QAM‐FSK (HQFM) OFDM Transceiver”  International  Journal of Applied Sciences  ,  ISSN‐ 1812‐5654, pp 1061‐1066,  2008 

4.  Khurram  Shahazad,  N.  D.  Gohar,  Arshad  Ali  “ESTP:  An  Energy‐efficient  time synchronization protocol  on wireless  Sensor Networks”  accepted  for proceeding at 22nd IEEE AINA‐2008 International Conference. 

5. Asma Latif, N. D. Gohar  "A Hybrid MQAM‐LFSK  (HQFM) OFDM Transceiver" has been accepted in International Journal of Communication Systems. 

Organization of Conferences and Workshop  One day workshop on “PCB Design Using OrCAD” held on 16th January, 2008 at Seminar Hall, SEECS Rawalpindi. 

Three  day  workshop  on  “RF  ASIC  Design”  held  on  January  5‐7,  2009  at  CEFAR  Lab, SEECS Islamabad 

 Associated Labs Associated  CEFAR Lab  

Hardware  W2012 100MHz Oscilloscope  GW Instek (model GLA1132)  Spartan‐3 Starter Kit  2x  Virtex‐4  (ML‐401)Evaluation Platform KIT 

2x  Virtex‐4  (ML‐403)Evaluation Platform KIT 

Xilinx  Virtex‐II  Evaluation board  

4x Xess Xstend KIT 

  60

8x Xess XSA‐200 Board   2x Xess XSA‐3S1000 Board   8x  Nextek  Trainig  Kit  200k FROM‐II 

1553 Bus Cable   PCMCIA 1553 card  4x MIL‐STD‐1553 Bus Coupler   Proto Type Board 1553   Interface card 1553 

1553 Transformer  GPRS Modem  GARMIN 10x kit  2x  Micro‐controller  Based Trainer 

2x Digital Multimeter  IC programmer  RFID reader 

 Software 

Simulation:  ModelSim  XE  III v6.3c 

Simulation:  ModelSim  XE  III v6.2g 

Synthesis: ISE Design Suite 8.2  Synthesis: Xilinx ISE v9.1i 

Synthesis:  ISE  Design  Suite 10.1 

Chip Scope pro 9.2i  Accelware DSP IP Tool kits  PlanAhead™  Design  Analysis Tool  

PCB Design: OrCAD 9.2  Research Projects  International Collaboration Current Projects  

a)    Software  Defined  Radio  Development  using  a  Network­On­Chip  based Rapid Prototyping Platform Software‐Defined‐Radio is a technology that is still in a state of infancy. The project focuses  on  developing  a  Scalable,  Flexible  and  Modular  Radio  Systems Experimentation and Prototyping Platform (REXAPP) based on NOC (developed at KTH,  Sweden),  to  provide  basic  foundation  for  SDR  digital  processing‐a  step forward  in  the  development  of  future  wireless  communication  systems.  Major objective of the proposed project is to enable, enhance and expedite development of SDR  targeting  4G  technologies  and  beyond.  For  this  purpose  a  Network  on  Chip based  generic  baseband  processing  and  MAC  layer  processing  platform  will  be developed. 

 National Collaboration/ Indigenous at CEFAR Current Projects  

a) FPGA Based Portable Spectrum Analyzer FPGA based Spectrum Analyzer will be a signal analysis gadget with the maximum input  signal  frequency  of  100 MHz.  The  offshoots  of  the project  include Vibration Spectrum  analysis  in  mechanical  Testing;  Video  Spectrum  Analysis  for  various defense and commercial applications; Spectral analysis of defense communications by Intel agencies and Lab usage by various universities and developers. The project is expected to be completed by March, 2009. 

  61

 b) FPGA Based Digital Signage System FPGA Based Digital Signage System will be connected to the internet using FPGA to receive data and control settings. Depending on the type of data, it is stored in either SDRAM or Flash memory. The system then accesses this data, decodes and displays it  onto  an  LCD/TFT monitor.  The  project  is  expected  to  be  completed  by  March, 2009.  

 Past Projects 

a) FPGA Based MIL­STD­1553 Remote Terminal(RT)/Bus Controller(BC)/ Bus Monitor(MT)  FPGA based MIL‐STD‐1553 RT / BC / MT  implements  the MIL‐STD‐1553 protocol on FPGA and allows the system to be configured as RT, BC or MT.  This protocol is widely  used  in  avionics  especially  the modern  day  fighter  aircrafts  like  F‐16  and Mirage.  The  system  then  accesses  this  data,  decodes  and  displays  it  onto  an LCD/TFT monitor. The project is expected to be completed by March, 2009. 

 Projects with the Industry   FPGA Based MIL‐STD‐1553 remote terminal/bus controller/ bus monitor  FPGA Based Portable Spectrum Analyzer  Contracts and Grants Obtained   Won  Rs.  26.91  Million  Funding  from  ICT  R&D  Fund  for  a  Project  “Software  Defined Radio Development using a Network‐On‐Chip based Rapid Prototyping Platform” vide reference no. ICTRDF/AN/2007/45 dated 6 March 2008. 

Won  Rs.  4.23  Million  Funding  from  HEC  under  its  University‐Industry  Technology Support Program (UITSP)  for a Project “Mil‐Std‐1553 FPGA Based Remote Terminal / Bus Controller / Bus Monitor” vide reference no. 1‐33/ILS‐UITSP/HEC/2006 dated 14 July 2006. 

              

  62

Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES)  Theme The group for Research in Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES) mainly focus  in  designing  secure  and  highly  optimized  coprocessors  for  varied  security applications  in hardware. The optimization process may  include  low power optimization due  to  mobile  devices,  low  area  optimization  due  to  constrained  environments  (RFIDs, Smart  Card),  high  speed  optimization  due  to  speed  critical  applications  (Satellite communications) and optimizations for security due to leakage of information.  The group also  investigates  both  the  theory  and  application  of  security  attacks  (interruption, interception,  modification  and  fabrication  etc.),  security  services  (authentication,  data confidentiality,  data  integrity,  access  control  and  non‐repudiation),  security Mechanisms (Encipherment, digital signature, notarization, traffic padding, authentication exchange etc) and cryptology  in context of enterprise‐scale and distributed systems. The main research themes are: 

Information Security  Low power & high speed Embedded Systems 

 Objectives The overall objective of this group is to promote research in areas of information security and embedded systems. Thus to contribute in building knowledge base in order to produce skilled manpower to meet current security needs. And also to prepare students willing to pursue their postgraduate studies in these areas.   Application Domain  Computer, Network & Communication Security   Security in Constrained Environments (smart cards, RFIDs, e‐commerce)   Cryptology (Security algorithms, security protocols, security attacks)  Optimized Coprocessors for Communication Systems  FPGAs based System Design (low area, low power, high speed)  Digital watermarking  Group Members 

Dr. Nazar Abbas Saqib Principal Investigator PhD, CINVESTAV‐IPN, Mexico nazar@niit.edu.pk 

  Mr. Rehan Ahmed Lecturer MS (in progress), TUM, Germany  mr.rehan.ahmed@gmail.com 

 

Mr. A.D Usama Bin Najam Research Assistant MS in Communication System Engineering‐SEECS‐NUST Pakistan  usamanajam@gmail.com 

Ms Freeha Azmat Research Assistant Cryptographic Hardware 

  63

 46freeha@niit.edu.pk 

Mr Kashif Sharif Research Assistant Area of Research: RFID Security    Kashif.sharif@yahoo.com 

 

 

 

 

Mr Aleem paracha Research Assistant Area of Research: Remote metering    aleemismail@hotmail.com 

Mr Manzoor Ahmed Research Assistant Area of Research: Reducing Channel zapping delay in IPTV  manzoor505@yahoo.com 

 

Students  Imad‐ud‐Din (MSIT‐7) :working on End to End packet Dynamics   Abid Hussain (MSIT‐8) :working on  Wireless Security  Azfar (MSIT‐8) :working on  RFID Security  Nauman  (MSIS):working on   RFID Security  Bilal Majid (BICSE‐3):Working on Disaster management  Zuhaib Naseer (BICSE‐3): Working on Disaster management 

 Publications 

Francisco Rodríguez‐Henríquez, Guillermo Morales‐Luna, Nazar A. Saqib and Nareli Cruz‐Cortés, "A Parallel Version of the Itoh­Tsujii Multiplicative Inversion Algorithm", International Workshop on Applied Reconfigurable Computing ARC  2007, Lecture Notes in Computer Science, Río de Janeiro, Brazil 2007 

Organization of Conferences and Workshops   Mr. Jahangir Khan , Whizz Silicon Inc, USA 

o Topic: Trends and Technologies in high speed communication o Dated: Nov 25, 2008 

  Dr. Peter Palensky, University of Pretoria, South Africa  

o Topic: “"Application of industrial informatics to electrical energy networks” o Dated: Dec 15, 2008 

  Dr. Zia Khan, Synopsys USA 

o Topic:  ‘The Role of EDA in Chip Design’ o Dated:  Dec 20, 2008 

 Associated Lab Centre of Excellence for FPGAs/ASIC Research (CEFAR) 

  64

 Hardware 

W2012 100MHz Oscilloscope  GW Instek (model GLA1132)  Spartan‐3 Starter Kit  2x  Virtex‐4  (ML‐401)Evaluation 

Platform KIT  2x  Virtex‐4  (ML‐403)Evaluation 

Platform KIT  Xilinx Virtex‐II Evaluation board   4x Xess Xstend KIT  8x Xess XSA‐200 Board   2x Xess XSA‐3S1000 Board   8x Nextek Trainig Kit 200k FROM‐II  1553 Bus Cable  

PCMCIA 1553 card  4x MIL‐STD‐1553 Bus Coupler   Proto Type Board 1553   Interface card 1553  1553 Transformer  GPRS Modem  GARMIN 10x kit  2x Micro‐controller Based Trainer  2x Digital Multimeter  IC programmer  RFID reader 

  

 Software 

Simulation: ModelSim XE III v6.3c  Simulation: ModelSim XE III v6.2g  Synthesis: ISE Design Suite 8.2  Synthesis: Xilinx ISE v9.1i  Synthesis: ISE Design Suite 10.1 

Chip Scope pro 9.2i  Accelware DSP IP Tool kits  Plan Ahead™ Design Analysis Tool   PCB Design: OrCAD 9.2 

 Research Projects  International Collaboration  

a.) Design  and Verification of  Low­Power, High­Speed  IP  Suite  for Universal Serial Bus (USB 3.0)  

Universal  Serial  Bus  (USB)  is  used  to  connect  all  sorts  of  devices  and  is  the most successful  computer  standard  in  history  with  billions  of  units  shipped.  Current solutions, based on USB 2.0, support transfer rates up to 480 Mb/s but that rate will soon increase tenfold to 4.8Gb/s with the introduction of USB 3.0 enabled products. It has been planned  to develop a  suite of  low power,  configurable and high  speed USB 3.0 IP cores including IPs for USB 3.0 host controller, USB 3.0 device controller and USB 3.0 support functions to meet the needs of this "poised‐to‐explode" market.                  (Proposal submitted for funding) 

 National Collaboration/ Indigenous at CEFAR  

a.) Remote Metering (proposed project with SNGPL) The old gas meter has a very simple mechanical system that consists of  few gears, some rubber tubes and some plastic made hands that move like a cycle to move the gears when gas passes through. For the automated gas reading mechanism we need a system that should give as digital reading on the gas meter, showing how much gas 

  65

is  used  at  the  end  of  the  month.  We  suggest  an  automated  meter  reading  at  a centralized location and fool proof from any kind of tampering.  b.) A Programmable Multichannel BEU (Bulk Encryption Unit) in FPGAs  BEU is a product that is used for encrypting more than one communication channel simultaneously.  The  objective  of  BEU(Bulk  Encryption  Unit)    is  to  design  a customized  secure  communication  solution  for  government,  military  and  civil applications.  BEU  is  a  holistic  solution  which  includes  cryptographic  algorithm design, key management, access control  ,tamper proofing customers’  requirement, support of encrypting 4 communication channel at  least and to break monopoly of existing vendors by providing customer access to change encryption algorithm. This product has applications in both the government as well as public sectors. 

  Past Projects  

a. GSM Interceptor It has been proposed to design and develop a GSM monitoring system which can be widely  used  by  security  agencies  for  monitoring  and  surveillance  of  subversive activities.  A  GSM  Monitoring  System  is  comprised  of  a  GSM  Receiver  and  a Deciphering Unit  for  real  time deciphering of A5/1 or A5/2 algorithms. The  real issue  in developing GSM Monitoring System  is  instant breaking of A5/1 and A5/2 algorithms.  However,  technologies  to  break  such  algorithms  are  not  readily available  in  open market  and  foreign  commercial  implementations  are  extremely expensive (in the order of hundreds of thousands USD per unit). The major focus of this  research  project  is  to  develop  a  system  to  decipher  A5/1  and  A5/2  GSM communication.   b. A Microcontroller based GPRS Enabled RFID System  Many  Applications  require  wireless  communication  between  RFID  Reader  and Backend  Computer  System,  However  applications  currently  in  use  are  using Wired Communication between RFID Reader and Backend Computer System. So this project solves  two  things:  A  product  which  Receives  data  from  RFID  Reader,  Operates  a Mobile Device Sends data to backend System through Mobile Device. A software utility which receives data from Mobile Device Stores the Data in to Database.   

Projects with the Industry  A Programmable Multichannel BEU (Bulk Encryption Unit) in FPGAs.  Design and Verification of Low‐Power, High‐Speed IP Suite for Universal Serial Bus (USB 3.0) 

Contracts and Grants Obtained:  Rs.  1.983 Million  (NUST  Seed Money)  for  a  Project  “A  Programmable Multichannel  BEU (Bulk Encryption Unit) in FPGAs” 

  66

Vision Imaging & Signal Processing Research Group­ VISPro  Theme VISPro aims at innovative and leading research and development projects in the fields of Vision, Imaging and Digital Signal Processing  Application domain  Computer/Machine  Vision  Digital Image & Signal Processing  Digital system design for algorithms  Group Members  Dr. Rehan Hafiz PhD (EE) Vision/Image Processing, Algorithms 0331‐5189556, rehan.hafiz@niit.edu.pk 

Dr. Junaid Qadir (Broadcast/Network Technologies)  Dr. Zia‐ul‐Qayyum (Artificial Intelligence)  Mr. Habeel Ahmed (Controls)  Mr. Muhammad Bilal (Computerized Tomography)  Mr. Kamran Hussain Zaidi (Communication Systems)  Mr. Nasir Mahmood  Mr. Owais Ahmed Malik (Neural Networks, Algorithms)  Mr. Imran Khan (Image Processing & Computer Vision)  Publications  R. Hafiz and K. B. Ozanyan, “Optical absorption measurements in particle‐containing ambients using gated ratiometric detection." IEEE Sensors Journal, (2008) 

R.Hafiz and K.B. Ozanyan, “Demodulation using Digitally Balanced Detection”, IEEE Sensors 2008 conference, Italy. 

R. Hafiz and K. B. Ozanyan, “Digitally balanced detection for optical tomography." American institute of physics, Review of Scientific Instruments, Volume 78, Issue 10, pp. 103101‐103101‐9 (2007) 

R. Hafiz and K. B. Ozanyan, “Digital Balanced Detection for Fast Optical CT in Fluidised Beds”. World Congress on Industrial Process Tomography (2007) 

 Associated Lab Embedded Systems Research Lab / VISPro LAB   

  67

Research Projects  1) International Collaboration 

a. MANU Project in collaboration with Techionics USA i. Theme: An innovative research effort for tracking objects for digital entertainment industry. 

ii. Students: Mohammad Abbas, Juzer Abbas (BICSE3) iii. Dr. Rehan Hafiz, Dr. Junaid Qadir, Imran Khan, Mr. Maajid Maqbool 

2) Project on proposal submitted to ICT R&D Fund a. Multi‐View Imaging 

i. Theme: Panoramic view generation for Multi‐View imaging & View interpolation for Multi‐View Imaging 

ii. ICT proposal submitted in collaboration with Epic Technologies. Status: Under Review 

iii. Multi View Imaging (MVI) systems are finding increased usage in a wide range of next generation multimedia applications. Rather than recording a single video from a single view; MVI systems rely on acquiring multiple videos of the same object from multiple views (angles). This increased visual information of the object being filmed can then be used to achieve interesting results, such as “Immersive TV applications”. The research aims to investigate panoramic view generation and view interpolation for generation of "wide angle views" and "free view point TV" to immerse the viewer into the multimedia contents.  

iv. Students: Ahmed Talha, Muhammed Usman, Najeeb (BEE‐2) v. Dr. Rehan Hafiz, Mr Owais Malik 

3) Other Projects/FYPs a. Aautomated vehicle number plate tracking system for traffic control 

i. In this project a system will be designed that responds to the event of a vehicle breaking a red light at a traffic junction.  The system will be capable of recording the violator’s license Plate number in the centralized data base. 

ii. Students: Asra Masood, Ayesha Mushtaq, Damiya Aamir (BEE‐2) iii. Dr. Rehan Hafiz, Miss Samin Khaliq 

b. C‐ART i. “Computer controlled 2 Axis vector gRaphic painTing system” (C‐ART) is a proposed system that is capable of translating images on a computer to physical images on any real surface or a canvas.  

ii. Ashar Rasul, Ahmed Raza, Ansar Moughis‐ Ud‐Din (BEE‐2) iii. Mr. Syed Kamran Zaidi and Dr. Rehan Hafiz 

 

  68

c. Computerized Tomography i. Development of a test‐bed for Computerized tomography that will provide a primary platform for analyzing image reconstruction techniques for both hard‐field and soft field tomography. 

ii. Students: Asim Rehman, Hassan Nasir (BEE‐2) iii. Mr. Muhammad Bilal, Dr. Rehan Hafiz 

d. Automated fire notification  and control system i. Students: Salman Ahmed Saad Ahmed (BEE‐2) ii. Mr. Habeel Ahmed and Dr. Rehan Hafiz 

                

  69

Data Engineering for Large Scale Applications (DELSA) Research Group  Theme Extracting  and  integrating  data  among  autonomous,  distributed,  heterogeneous  data sources 

 Objective DELSA  research  group  explores  heterogeneity  especially  semantic  heterogeneity  in  data sources, and interoperable systems in scientific and business domains. The group aims at broadening the focus of data engineering techniques beyond their traditional scope.    Application Domain The DELSA research group focuses on semantic heterogeneity in integrating autonomous, distributed and heterogeneous data sources in business, academia, health, agriculture, and biomedicine. Moreover  the group has  interest  in data warehousing, view materialization, OLAP,  multiple  query  optimization,  semantic  Web,  ontology  engineering  and  E‐technologies.   Group Members 

Dr.  Sharifullah  Khan,  Associate Professor PhD  Specialization:  Databases,  Query Processing and Data Integration drsharif@niit.edu.pk 051‐90852153 

  Dr.  Khalid  Latif,  Assistant Professor PhD Specialization:  Semantic  Web, Ontology Engineering, Information Retrieval  khalid.latif@niit.edu.pk  051‐90852173 

  Dr.  Zia  Qayyum,  Assistant Professor PhD Specialization:  Knowledge Management, Artificial Intelligence zia.qayyum@niit.edu.pk  051‐90852173 

 

Mr.  Owais  Malik,  Assistant Professor MS Specialization:  Knowledge Management, Artificial Intelligence owais.malik@niit.edu.pk   051‐90852159 

  Mr.  Aatif  Kamal,  Assistant Professor MS (IT) Specialization:  Distributed Computing,  P2P  Systems  and Databases aatif.kamal@niit.edu.pk 

  Mr. Muhammad Bilal, Lecturer MS(IT) Relevant  Source  Selection  in  Data Integration System muhammad.bilal@niit.edu.pk 

  Mr.  Azhar  Maqsood,  Assistant Professor MS (IT),Databases and Data Mining azhar.maqsood@niit.edu.pk 

  70

  Mr. Waris Ali PhD Student Query  Expansion  in  Data Integration System waris.ali@niit.edu.pk  

  Ms. Ammara Aslam MS (IT) Student Query  Rewriting  in  Data Integration System ammara.aslam@niit.edu.pk 

  Mr. Iqbal Qasim MS (IT) Student Ontology Mapping Mapping  Generation  between different Ontologies iqbal.qasim@niit.edu.pk  

Mr. Asad Masood MS (IT) Student Crawler  for  Information  Retrieval System  asad.masood@niit.edu.pk 

  Mr. Nabeel Ahmed Awan MS (IT) Student Crawler  for  Information  Retrieval System  nabeel.ahmed@niit.edu.pk 

  Ms. Irum Fatima MS (IT) Student Semantic Annotation irum.fatima@niit.edu.pk 

   

Mr. Muhammad Sufyan MS (IT) Student Bridging  Heterogeneous Ontologies muhammad.sufyan@niit.edu.pk 

  Ms Anila Sahar Butt MS (IT) Student Main  Memory  Object  Oriented Ontology Management Systems Anila.sahar@niit.edu.pk 

  Yasir khan MS (IT) Student Structured Information Extraction Yasir.khan@niit.edu.pk 

  Wajahat Ali Khan MS (IT) Student Semantic  Process  Interoperability HL7 v3 Wajahat.alikhan@niit.edu.pk 

  Sauleha Javed Durrani Main  Memory  Object  Oriented Ontology Management Systems Sauleha.javed@niit.edu.pk 

  Umar Hyat Khan MS(IT) Student Ontology  Driven  Recommender Systems Umar.hyat@niit.edu.pk 

  Muhammad Mudassar MS (IT) Student Ontology  Driven  Recommender Systems Muhammad.mudassir@niit.edu.pk 

Associated Labs   Data Engineering Research Lab   

 

  71

Research Projects 

1. Integrating  Data  Sources  on  the  Internet:  Hundreds  of  data  sources  are publicly available on the Internet. These data sources maintain closely related data, but the decentralized, autonomous and heterogeneous nature of the data have made very difficult  its  accessibility  and  integration  by  scientists  for  innovative  synthesis.  A  real challenge  is  to  locate and select  relevant and quality data and  to  integrate  them. The project is concerned with locating and selecting sources that are relevant to the given user  query  and  integrating  them  to  answer  the  query.  Its  salient  feature  is  quality‐driven  semantic  similarity matching. The  similarity between  the user query and data sources  is acquired through the domain ontology and source models.  In  this research domain, currently we work on the following main themes: 

a) Ontology Reasoning in Query Expansion  b) Ontology‐driven Query Rewriting  c) Mapping Source Descriptions into Domain Ontology  d) Generation and Storage of Context Aware Metadata for Digital Documents  e) Semantic Indexing of Data Sources  and Digital Documents f) Extending mediation architecture to P2P data integration architecture g) Intelligent Indexing in P2P Data Integration 

 

2. DynamOnt  ­ Collaborative Ontology Development: Common understanding is a  decisive  factor  in  the  collaboration  of  distributed  knowledge  communities.  A systematic  approach  to  gain  this  common  understanding  is  the  dynamic  creation  of ontologies, leading to a more efficient use of shared information resources. At present, the  creation  of  high‐quality  ontologies  is  a  very  time  consuming  and  expensive  task. Therefore,  such  ontologies  are  available  only  for  few  thematic  fields.  What  is  still missing is a methodology supported by tools, which would enable domain experts (who are not ontology building experts) to create ontologies on the  fly, yet based on sound principles,  created  in  short  time.  "Dynamic" means  that  these ontologies  can  then be extended and  refined over  time,  can evolve  to become more axiomatised, and can be personalised  and  localised  by  individuals  or  groups  without  losing  touch  with  the community's preferred interpretation.  

International Collaboration 

Project: DynamOnt, Institute of Software Technology, Vienna University of Technology, Wien, AUSTRIA. 

Project:  Grid  Geno­Medicine  (GGM),  Institute  de  Researche  en  Informatique  de Toulouse (IRIT), Universite Paul Sabatier, Toulouse, France. 

Project: Health E­Child, University of West England (UWE), Bristol, UK.  

 

 

 

  72

 

Publications 

Khalid Latif and Rudolf Mayer. Sky‐Metaphor Visualisation for Self‐Organising Maps. In Proceedings 7th International Conference on Knowledge Management (I‐KNOW), Graz, Austria, September 2007.  

Khalid Latif,  Edgar Weippl  and A Min Tjoa. Question Driven Semantics  Interpretation for  Collaborative  Knowledge  Engineering  and  Ontology  Reuse.  In  Proceedings  IEEE International Conference on  Information Reuse and  Integration  (IRI),  Las Vegas, USA, August 2007.  

Shuaib  Karim,  Khalid  Latif,  and  A  Min  Tjoa.  Providing  Universal  Accessibility  using Connecting  Ontologies:  A  Holistic  Approach.  In  Proceedings  of  12th  International Conference on Human Computer  Interaction  (HCII),  vol. 4556 of LNCS, Beijing, China, July 2007. Springer.  

S.  Khan.  Data  Acquisition  from  Semantically  Heterogeneous  Data  Sources,  In  the proceedings of the Workshop Data Warehousing and Data Mining, Islamabad, Pakistan, February 2007. 

W. Ali and S. Khan. Global Query Generation over Diverse Data Sources Using Ontology. In the  proceedings  of  First  national  conference  on  Information  and  Communication Technologies (NCICT 2007), Bannu, Pakistan, June 9, 2007.  

K.  Sonia  and  S.  Khan.  Building  Local  Ontology  from  Database  Relations  in  Data Integration.  In  the  proceedings  of  IEEE  3rd  international  conference  on  Emerging Technology (ICET 2007), November 12‐13, 2007. Islamabad, Pakistan. 

M.  Bilal  and  S.  Khan.    Ontology­Driven  Relevance  Reasoning  in  Data  Integration Techniques.  In  the  proceedings  of  5th  international  workshop  on  the  Frontiers  of Information Technology (FIT 2007), Islamabad, Pakistan, December 17‐18, 2007. 

J. Mustafa, S. Khan and K. Latif. Intelligent Informational Retrieval.  In Proceedings of 1st National  Conference  on  Security,  Computing,  &  Communication,  May  2008,  Kohat, NWFP, Pakistan. 

 K.  Sonia  and  S.  Khan.  Transforming  Relational  Model  to  Source  Ontology  for  Data Integration.  In Proceedings of 4th IEEE International Conference on Intelligent Systems (IS'08), September 2008, Bulgaria. 

J.  Mustafa,  S.  Khan  and  K.  Latif.  Ontology  Based  Semantic  Information  Retrieval.  In Proceedings  of  4th  IEEE  International  Conference  on  Intelligent  Systems  (IS'08), September 2008, Bulgaria.  

M.  Bilal  and  S.  Khan.  Ontology  Driven  Relevance  Reasoning  Architecture  for  Data Integration  Techniques.   In  Proceedings  of  4th  IEEE  International  Conference  on Intelligent Systems (IS'08), September 2008, Bulgaria.  

K. Sonia and S. Khan. R2O Transformation System: Relation to Ontology Transformation for  Scalable  Data  Integration.   In  Proceedings  of  the  12th  International  Database Engineering & Applications  Symposium  (IDEAS'08),  Pages:  291‐295  September 2008, Coimbra, Portugal.  

J. Mustafa, S. Khan and K. Latif, “Intelligent Informational Retrieval”.  In Proceedings of 1st National Conference on Security, Computing, & Communication, May 2008, Kohat, NWFP, Pakistan 

  73

A.M. Khattak, K. Latif, S. Khan and N. Ahmed, “Ontology Recovery and Visualization”, In the proceedings of 4th International Conference on Next Generation Web Services and Practices, Korea October 2008. 

I. Qasim, S. Khan and K. Latif, “Semantic Mapping between Global and Source Ontologies for  Scalable  Data  Integration  System”,  In  the  proceedings  of  2nd  International Conference on Information and Communication Technologies (ICICT), Bannu 2008. 

A.  Aslam  and  S.  Khan,  “Semantic  Based  Query  Rewriting  in  Data  Integration”,  In  the proceedings  of  2nd  International  Conference  on  Information  and  Communication Technologies (ICICT), Bannu 2008. 

A.M.  Khattak,  K.  Latif,  S.  Khan  and  N.  Ahmed,  “Managing  Change  History  in  Web Ontologies”,  In  the  proceedings  of  4th  International  Conference  on  Semantic, Knowledge and Grid, Beijing, December 2008.   

W.  Ali  and  S.  Khan,  “Ontology  Driven  Query  Expansion  in  Data  Integration”,  In  the proceedings of 4th International Conference on Semantic, Knowledge and Grid, Beijing, December 2008.   

N. Ahmed, S. Khan, K. Latif and A. M. Khattak, “Extracting Semantic Annotation and their Correlation with Document”,  In  the proceedings of 4th  IEEE  International Conference on Information and Communication Technologies, Rawalpindi, October 2008. 

A.  Aslam,  S.  Khan  and  K.  Latif,  “Semantic  Based  Query  Rewriting  in  Distributed Systems”, In the proceedings of 4th IEEE International Conference on Information and Communication Technologies, Rawalpindi, October 2008. 

A. Latif, M. Y.  Javed, S. Khan,  “Semi‐Automated Approach  for Converting ERD to Semi‐Star Schema”, In the proceedings of 4th IEEE International Conference on Information and Communication Technologies, Rawalpindi, October 2008. 

A.M. Khattak,  J. Mustafa, N. Ahmed, K.  Latif  and  S.  Khan,  “Intelligent  Search  in Digital Documents”, In the proceedings of 2008 IEEE/WIC/ACM International Conferences on Web Intelligence, December 2008. 

M. Safyan and S. Khan; “Bridging Hierarchical Ontologies for Interoperability and Query Reformulation”,  In  the  proceedings  of  2008  International  Conference  on  Advanced Computer Theory and Engineering (ICACTE 2008), Phuket Island, Thailand, December 2008. 

M. A. Owais, M. A. Ahmed, “Dynamic Similarity Metric Using Fuzzy Predicates for Case‐Based Planning”. International Journal of Uncertainty, Fuzziness and Knowledge‐based Systems. Accepted in Sept. 2008.  

Past Projects 1. Ontology­driven  Relevance  Reasoning  for  Source  Selection  in  Data Integration:  Data  sources  are  integrated  for  knowledge  discovery.  Online  data sources join and leave integration systems arbitrarily because they are autonomous. All  available  data  sources  may  not  contribute  to  a  user  query  result  necessarily. Therefore, executing a user query against all the data sources  consumes resources and makes the query expensive. Relevant data sources should be  selected through relevance reasoning. Existing techniques take comparatively more time in relevance reasoning  as  the  number  of  sources  increase  and  lack  semantics  to  sort  out  fine‐grained  semantic  heterogeneities.    This  project  extends  these  techniques  by including  (a):  bitmap  index  for  efficient  reasoning  and  (b):  semantics  to  sort  out 

  74

fine‐grained  semantic heterogeneities. This  improves query  response  time as well as precision and recall of the integration systems. (Completed in 2008)  2. Transforming  Database  Relations  to  Source  Ontology  in  Data Integration: Scalable  and  flexible data  integration of  autonomous  and distributed data sources requires to represent the sources’ descriptions into a conceptual model i.e.,  ontology  to  make  the  sources  interoperable.  Sources’  metadata  are  either incomplete or not available. The essential metadata of the sources can be extracted from  the  database  relations.  Extracting  the metadata  from database  relations  and transforming  them  into  source  ontology  is  tedious  and  error  prone  task.  The contribution  of  this  project  is  a  methodology  for:  (a)  extracting  metadata  from source  relations,  and  (b)  transforming  the  extracted  metadata  to  ontology.  The evaluation  shows  the  transformation  is  total  and  injective.  Consequently,  it  is information capacity preserving. (Completed in 2008)  3. Semantic Driven  Information Retrieval  in Digital Documents:  Retrieving required information in digital documents is difficult due to semantic heterogeneity.  Keyword–based  Semantic  similarity  helps  in  handling  the  issue  by  improving  the recall  of  the  information;  however,  it  cannot  improve  the  precision  of  the information.  In  order  to  improve  the  precision,  we  adopt  thematic  semantic similarity approach for  information retrieval.   RDF triples are employed instead of keywords  in  maintaining  sources  metadata  and  formulating  user  queries  for capturing  the  context  of  the  keywords.  This  improves  the  information  precision. (Completed in 2008)  4. Ontology­driven Query Expansion: Semantic queries are generated with the support of a semantic model  (i.e. domain ontology)  through utilizing relationships between the existing concepts in data sources. This research expands the user given queries  by  through  hierarchical  relationships  in  ontology  to  transform  them  into semantic  queries.  They  provide  transparent  access  to  data  sources.  It  is  evident from  the  evaluation  of  results  that  recall  is  improved.  Hence  information  loss  is minimized. (Completed in 2007) 

    

             

  75

Semantic Systems Research Group ­SSRG  

Theme To carry out research in semantic based system in the areas of Web Application Security, Health  Systems  Interoperability.  The  group  has  interest  in  high  performance  computing and storage systems as well.  Objectives Prepare students for conducting research in a way to apply in real environment.  Application Domain  Semantics in health informatics   DTS  Web Application Security  Grid Computing 

 Group Members   

Dr. Hafiz Farooq Ahmad Associate Professor   

Sarmad Sadiq PhD Student 

Mr. Muhammad Afzal      MS (IT) Student HL7 Based Healthcare Laboratory Messages Interoperability Solution (HLHLMIS) muhammad.afzal@niit.edu.pk 

Mr. Maqbool Hussain  MS (IT) Student Web Service based HL7 Solution for Healthcare Laboratory Domain maqbool.hussain@niit.edu.pk  

Shagufta Umer MS (IT) Student Dynamic Mapping Solution of HL7 Version 3 to Database shagufta.umer@niit.edu.pk 

Somia Razzaq MS (IT) Student Designing Framework based on HL7 Web Service Security Profile somia.razzaq@niit.edu.pk 

Mehtab Alam Khurshid MS (IT) Student Service Oriented Architecture for HL7 Version 3 mehtab.alam@niit.edu.pk 

Wajahat Ali Khan MS (IT) Student HL7 Process Interoperability Solution through ontologies wajahat.alikhan@niit.edu.pk 

Yasir Mehmood MS(Software Engineering) Student Analysis and Extension of HL7 Java SIG API yasir.mehmood@niit.edu.pk 

Sidra Aftab MS(IT) Student IHE Framework Proposition to HL7 Laboratory Domain sidraaftaab@gmail.com 

  76

Abdul Razzaq MS (IT) Student Web Application Security Design and development of Ontology based solution for Web Application attacks abdul.razzaq@niit.edu.pk 

Muhammad Ali Hur MS (IT) Student Web Application Security Development and designing the System Architecture to provide the semantic solution for Web Security ali.hur@niit.edu.pk 

Nasir Haider MS (IT) Student Positive Security Model (white list approach) for Web Security nasir.haider@niit.edu.pk 

Muddassar Masood MS (IT) Student Ontology design for application layer attacks  muddassar.masood@niit.edu.pk 

Muzzamil  Noor MS (IT) Student Deployment issues related to Web Security gateway    

Intikhab, Huma, Nauvera, Sana BS (SE) Student (MCS) Automatic Rule Generation using Ontology for  Application level Intrusion Detection System sana.ijaz11@yahoo.com 

Fauzia  Naureen MS(IT) Student Ethical hacking for vulnerabilities analysis of Web application fauzia.naureen@gmail.com 

 

 Publications   Muhammad Afzal, Maqbool Hussain, Hafiz Farooq Ahmad and Arshad Ali  “Design and Implementation  of Open  Source HL7 Version 3  for  e‐Health  Services”,  Proceedings  of 9th International HL7 Interoperability Conference (IHIC), 2008, Greece. 

Maqbool Hussain, Muhammad Afzal, Arshad Ali, Hafiz Farooq Ahmad and Naeem Khalid “Healthcare Applications Interoperability through Implementation of HL7 Web Service Basic Profile” 6th ITNG Conference, USA. 

Abdul Razzaq, Ali Hur, Nasir Haider, Hafiz Farooq Ahmad   “Context Based Application Level  Intrusion  Detection  System  by  using  Bayesian  Filter”,  5th  International Symposium on High Capacity Optical Network & Enabling Technologies(HONET), 2008. Malaysia. 

Abdul Razzaq, Ali Hur, Hafiz Farooq Ahmad, Nasir Haider  “Ontology Based Application Level  Intrusion Detection System by using Bayesian Filter” 6th  ITNG Conference, USA. (Accepted) 

  

Associated Labs  DTS Lab  

  77

Research Projects  International Collaboration 

Current projects  

a.) Health Life Horizon: Design and Implementation of Open Source HL7 System for E­Health Services 

 Introduction To carry out research in health information systems by designing and developing open source software systems as provision of concept of HL7 Version 3 in order to achieve  semantic  interoperability.  The  purpose  is  to  train  human  resource  and coordinate  health  informatics  professionals  in  Pakistan  to  connect  with international community.  Members 

Dr. Hafiz Farooq Ahmad (PI)  Dr. Arshad Ali (Co‐PI)  Mr. Majid Maqbool (Business Coordinator)  Mr. Naeem Khalid (Research&Development Coordinator)  Mr. Maqbool Hussain (Team Lead)  Mr. Muhammad Afzal (Team Lead)  Mr. Bilal Rizvi (Qaulity Assurance Engineer)  Ms. Shagufta Umer  Ms. Somia Razzaq  Ms. Mehtab Alam Khurshid  Mr. Wajahat Ali Khan  Mr. Yasir Mehmood  Ms. Sidra Aftab  

Problem Statement Semantic interoperability is a big challenge for healthcare information systems to integrate  their  data.  Health  Level  Seven  (HL7)  is  the  world  most  accepted  and leading standard which aims to resolve message exchanging and interoperability issue of healthcare information systems.  Motivation In  the  information  age,  communities  are  reshaping  themselves  to  be  knowledge based  societies.  Information  technology  is  playing  key  role  in  this  dynamic transitional  period  for  health  related  services.  It  is  one  of  the  most  important 

  78

disciplines  that  have  great  capacity  to  exploit  information  technology  in  its different domains like patient administration, laboratory, pharmacy, etc. Computerized  Healthcare  Information  Systems  (HIS)  has  been  developed  to process  and manage  data within  the  boundaries  of  an  organization,  hospital  or clinical  laboratory.  But  that  is  not  the  end.  World  is  becoming  a  global  village where  every  industry  (including  healthcare)  needs  to  make  their  information systems interoperable with each other in order to exchange and share the data. A number  of  adhoc  ways  have  been  used  e.g.  telephonic,  mailing,  emailing  or messenger  services  to  achieve  the  interoperability  job.  But  problems with  all  of these methods are inefficiency, inconsistency and chances of errors. According to a study made in 2005, “every year at least 98,000 Americans die and millions more are  injured  as  a  result  of  medical  errors”.  This  is  the  situation  of  a  developed country. The situation of developing countries like Pakistan is even worse, but we never know exact human losses. The experts proposed solution to this problem is to  bring  standards  into  the  health‐information  exchange.  According  to  another study, “standardized information exchange would save the US nation $86.8 Billion each  year”.  It  was  the  motivating  factor  for  some  volunteers  in  US  to  lay foundation  for  an  organization  namely  Health  Level  Seven  (HL7).  To  serve  the community to its best, it is needed to provide HL7 version 3 solution that will not only be cost‐effective but also in the reach of whole community.  Progress and Results The intention of Health Life Horizon Project  is  to develop an open source tool to facilitate  healthcare  organization  in  deploying  HL7  V3  compliant  interfaces  for their  required  messages.  The  tool  will  include  HL7  V3  message parsing/generation component, V2 to V3 convertor component, generic database mapping  component  and  transportation  component.  It  is  currently  in  inception phase  and  initially we  are  interested  to  develop HL7 based  open  source  system just for laboratory domain by automating their messages like test orders and test results shared among branches of a single lab or cross labs. The architecture has been proposed and is provided as following: 

  79

 Figure 1: Proposed Architecture for HLH system 

   

i. Future Directions and Conclusion 

HL7  V3  has  achieved  semantic  interoperability  using  conventional  concepts definition  for  different  vocabularies.  We  aim  to  provide  the  community  with semantic‐based  HL7  solution  using  ontologies:  a  true  semantics.  Another important  future  direction  of  this  project  is  the  integration  of  SOA  to  HL7. We envision that our system will get global recognition in terms of cost‐effectiveness, world first semantic HL7 solution using ontology for the vocabularies and service orientated HL7.  b.)  A paradigm Shift in Web Application Security 

 Introduction The aim of this project is to provide an effective and open source semantic based intrusion detection system at application  layer of OSI model. Application  layer  is more  exposed  and  prone  to  attacks.  The  exponentially  increasing  cyber  threats with the expansion of Web applications have become the biggest security concern for  e‐business  and  information  sharing  communities.  Existing  security mechanisms are  ineffective  to provide  complete  security  solution. The proposed 

  80

intelligent intrusion detection system (IDS), base on ontology  that can be refined and expanded over time. System semantically analyzes the payload to understand the contextual nature of attack and is capable of detecting complex and zero day Web application attacks  that easily eludes packet  level  inspection. The system  is efficient by analyzing the specified portion of http request where attack is possible and thus provides significant search space reduction with low false positive rate. The System also generates the rules automatically through inference upon attack vector (input) and knowledge base. 

 Members • Dr. Hafiz Farooq Ahmad (PI) • Dr. Fuzan Mirza (Co‐PI) • Abdul Razzaq (Team Lead) • Ali Hur (Team Lead) • Mr.Nasir Haider  • Mr. Muddassar Masood • Mr. Mazzamil Noor • Ms. Fauzia  Naureen • Mr. Intikhab • Ms. Sana • Ms. Nauvera • Ms. Huma 

 Problem Statement Semantic based Intrusion Detection System (IDS) is a biggest challenge and need of  the  day  for  e‐business  and  Defense  based  organizations  to  keep  the  secret information away from the hackers reach. An Intelligent mechanism is required to analyze  the  user  input  semantically  for  understanding  the  context  of  input. Ontology  base  IDS  is  novel  and  unique  idea,  no  such  commercial  product  yet available globally. 

 Motivation A  security  assessment  by  the  Application  Defense  Center,  which  included more than  250  Web  applications  from  e‐commerce,  online  banking,  enterprise collaboration, and supply chain management sites, concluded that at least 92% of Web  applications  are  vulnerable  to  some  form  of  attack.  Another  survey  found that about 75% of all attacks against Web servers target Web‐based applications. Web application attacks especially SQL injection and cross‐site scripting are two of the most common security vulnerabilities that plague web applications nowadays. On  April  24,  2008  hundreds  of  thousands  of  Microsoft  Web  Servers  hacked, including  several  at  the  United  Nations  and  in  the  U.K.  government  through exploitation  the  vulnerabilities  of  IIS.  According  to  The  National  Vulnerability 

  81

Database  (NVD)  there  are  over  18,500  vulnerabilities  in  the  web  based applications which include 2,147 cross‐site scripting (XSS), 2,757 buffer overflow and 1,600 SQL injection vulnerabilities. There  is  a  need  to  design  and  implement  a  semantic  base  Intrusion  Detection System which can mitigate the application layer attacks effectively and efficiently. The System is ontology‐based that understand the contextual nature of payload of http  request.  Ontology  base  IDS  is  novel  and  unique  idea,  no  such  commercial product  yet  available  globally.  System also  automatically  generates  the  rules  for effective  defense  against  application  attacks  by  developing  the  semantic  rule engine.  Progress and Results The purpose of Paradigm Shift in Web Application Security Project is to develop an open source tool to facilitate e‐business and information sharing communities for securing their resources. The prototype of the system has been  implemented and evaluated by using  the Paros  tool. The results obtained were highly encouraging and  almost  detect  the  99%  web  application  attacks.  The  architecture  has  been proposed as shown in fig 1. 

 Figure 1: System Architecture  

System having following components:‐ 1. Http Extractor 2. Http Parser 3. Cache Controller 4. Analyzer 5. Rule Engine 6. Knowledge base 7. Inference Engine 8. Ontology Manager 

  82

9. Admin Console 10. Logging Module 

 Future Directions and Conclusion 

• Expanding the Scope of System to detect   more classes of attacks.  • White list approach can be used to improve the default allow approach for 

web applications to reduce attack threats significantly. • Use of Forensics techniques to detect the locations of hackers. 

 Contracts and Grants obtained  We have obtained funds for the Health Life Horizon Project from ICT R&D Fund Pakistan of the mass Rs. 14.42 million. 

                             

   

  83

 PTCL, NUST Center of Excellence for IP Technologies 

 The  Center  of  Excellence  for  IP  Technologies,  jointly managed  by  PTCL, NUST  and  Cisco Systems  in  collaboration,  is  currently operational  at  the NUST  campus  in  Islamabad. The center brings to one forum the expertise of global networking market leader Cisco, the top ranked  Pakistani  engineering  university,  NUST  (ranked  376  world‐wide  in  the  THES university ranking), and the biggest telecom service provider in Pakistan, PTCL. The  center  aims  to  strengthen  industry‐academia  linkages  and  promote  international collaboration, and has broadly two goals:   o To provide a world‐class research and development (R&D) facility where Pakistani 

researchers will work,  in  collaboration with Cisco  and PTCL  engineers,  on  significant contemporary IP technology problems;  

 o To provide a diagnostic and training facility to PTCL and Cisco,  in particular, and to 

the local networking industry in general.   While  the  research  workforce  for  the  center  will  be  provided  by  NUST,  the  thematic directions of research areas would be decided by NUST, PTCL and Cisco in collaboration. By involving  the  leading  market  vendor  (Cisco),  and  leading  national  telecom  service providers  (PTCL),  the  center  of  excellence  is  well‐positioned  to  tackle  significant  IP technology problems and to create new products/ services.   Activities  a)  The  center  organized  an  ``IP  technology  networking  workshop''  that  was  jointly conducted  by  NUST‐SEECS,  Islamabad,  and  KICS‐UET,  Lahore.  The workshop,  funded  by National ICT R&D fund, was successful in getting local researchers, active in the area of IP technology,  to brainstorm and develop  abstract  future  research  proposals.  The  following areas were identified during the workshop as future core research areas for the center:   

o Network security o Next generation networks o Routing and switching issues o Network performance evaluation 

 b) A virtual online forum gathering together Pakistani researchers active in the area of IP technology  research  was  created  for  the  ``IP  technology  workshop''.  The  yahoogroup serves as an interface between researchers active in our subject area, and can be accessed at http://tech.groups.yahoo.com/group/pak‐ip‐technology/.     

  84

Current Projects:  1) Context‐aware IPTV services  2) Routing in cognitive radio networks  Group Members:   Dr Junaid Qadir Dr Adeel Baig Dr Anjum Naveed  

Research Students:    Muhammad Usman, Nabeel ur Rehman, Muhammad Zeeshan                              

  85

Research Group for Off Grid Energy Resourcing­ROGER  Theme  Creation of off grid energy resources for alternative energy production  Application domain  Solar energy research  Fuel cells  Power load management and solutions  

Group Members  Mr. Habeel Ahmad   +92‐51‐9241800, +92‐334‐5147601, habeel.ahmad@niit.edu.pk   Mr. Saleem Iftikhar  Mr. Abrar Mohammad Butt  Shama Rehman 

Other members involved in group projects:  Dr. Richard Wills (University of Southampton, UK)  Mr. Majid Maqbool  Mr. Ruhullah Khan 

 Associated Labs  

Control Systems Lab  Nanotechnology Research Lab 

 Research Projects  

I. International Collaboration Rankin Engine Based Power Generator Theme: An endeavor to utilize alternative energy resources for electricity generation for light load applications. Saleem Iftikhar, Habeel Ahmad, Abrar M Butt, Majid Maqbool 

II. Other projects/FYPs  Development of Nano‐Photocatalysts for photo‐splitting of water  Production of clean fuels being the main objective through this technique.   Ruhullah Khan, Shama Rehman, Abrar M Butt 

Optimization of efficiency of solar cells Students: Waseem Arshad and Haris Zafar Ruhullah Khan, Abrar M Butt  

  86

Development of control system for solar reflectors The project aims to design a system for optimizing the efficiency of solar heating lenses through electronic control and positioning as a function of incident radiation. Students: M. Azfar K. Durrani, Utaiba Q. Dar Mr. Habeel Ahmad, Mr. Saleem Iftikhar, Abrar M Butt