Orientador: Paulo Cardieri / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:43:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MunozGallego_DavidAlfonso_M.pdf: 701198 bytes, checksum: b2030ec2292717eca9c4a897402834ab (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta uma estimação da capacidade das redes sem fio tipo Mesh. As redes deste tipo têm topologias e padrões de tráfego únicos que as diferenciam das redes sem fio convencionais. Nas redes sem fio tipo mesh os nós atuam como clientes e como servidores e o tráfego e encaminhado para uma ou várias gateways em um modo multi-salto. A estimação da capacidade é baseada em estudos da Camada Física e MAC. Efeitos da propagação do canal são avaliados / Abstract: This work addresses the capacity of wireless mesh networks (WMN). This kind of networks has unique topologies and traffic patterns that differentiate them from conventional wireless networks. In WMN, the nodes act as clients and hosts and the traffic is forwarded to one or more gateways in a multihop fashion. The capacity estimation presented in this work is based on the physical and link layer investigation, using computer simulation / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Les réseaux ad hoc de véhicules accueillent une multitude d'applications intéressantes. Parmi celles-ci, les applications d'info divertissement visent à améliorer l'expérience des passagers. Ces applications ont des exigences rigides en termes de délai de livraison et de débit. De nombreuses approches ont été proposées pour assurer la qualité du service des dites applications. Elles sont réparties en deux couches: réseau et contrôle d'accès. Toutefois, ces méthodes présentent plusieurs lacunes.Cette thèse a trois volets. Le premier aborde la question du routage dans le milieu urbain. A cet égard, un nouveau protocole, appelé SCRP, a été proposé. Il exploite l'information sur la circulation des véhicules en temps réel pour créer des épines dorsales sur les routes et les connectées aux intersections à l'aide de nœuds de pont. Ces derniers collectent des informations concernant la connectivité et le délai, utilisées pour choisir les chemins de routage ayant un délai de bout-en-bout faible. Le deuxième s'attaque au problème d'affectation des canaux de services afin d'augmenter le débit. A cet effet, un nouveau mécanisme, appelé ASSCH, a été conçu. ASSCH collecte des informations sur les canaux en temps réel et les donne à un modèle stochastique afin de prédire leur état dans l'avenir. Les canaux les moins encombrés sont sélectionnés pour être utilisés. Le dernier volet vise à proposer un modèle analytique pour examiner la performance du mécanisme EDCA de la norme IEEE 802.11p. Ce modèle tient en compte plusieurs facteurs, tels que l'opportunité de transmission, non exploitée dans IEEE 802.11p / The fact that vehicular ad hoc network accommodates two types of communications, Vehicle-to-Vehicle and Vehicle-to-Infrastructure, has opened the door for a plethora of interesting applications to thrive. Some of these applications, known as infotainment applications, focus on enhancing the passengers' experience. They have rigid requirements in terms of delivery delay and throughput. Numerous schemes have been proposed, at medium access control and routing layers, to enhance the quality of service of infotainment applications. However, existing schemes have several shortcomings. Subsequently, the design of new and efficient approaches is vital for the proper functioning of such applications.This work proposes three schemes. The first is a novel routing protocol, labeled SCRP. It leverages real-time vehicular traffic information to create backbones over road segments and connect them at intersections using bridge nodes. These nodes are responsible for collecting connectivity and delay information, which are used to select routing paths with low end-to-end delay. The second is an altruistic service channel selection scheme, labeled ASSCH. It first collects real-time service channels information and feeds it to a stochastic model that predicts the state of these channels in the near future. The least congested channels are then selected to be used. The third is an analytical model for the performance of the IEEE 802.11p Enhanced Distributed Channel Access mechanism that considers various factors, including the transmission opportunity (TXOP), unexploited by IEEE 802.11p

This thesis dissertation addresses the problem of energy constraints in ad hoc wireless networks. In this sort of networks nodes are generally powered by means of batteries, which involves significant limitations regarding the time of operation of devices. The nodes whose battery level describes important energy depletion represent potential elements for loss of connectivity, which results in an increase of packet loss rate. Therefore, the management of energy expenditure is one of the main research challenges to face in ad hoc networks, especially when developing applications in real scenarios. However, energy management is not a trivial task due to the inherent features of this kind of networks, such as the distributed operation as well as the access medium mechanism. In that sense, traditional solutions of energy optimization based on the definition of power-saving intervals (sleep mode) are not suitable considering the operational characteristics of an ad hoc network, due to the substantial deterioration of network connectivity. In addition, the exponential growth of applications focused on the transmission of multimedia contents (especially video) available on mobile devices involves specific quality of service levels. Consequently, the design of solutions for the optimization of energy resources should be carried out without degrading the Quality of Experience perceived by the users. The contributions of this thesis are focused, in the first place, on the analysis of those factors which generate an increase of the energy consumption in the wireless medium and are related to the principle of operation of the radio interface. In particular, the intense operation in reception mode on the interference areas, as a result of the overhearing effect, as well as the high number of transmission retries due to channel access contention, are defined as the main aspects that increase energy demand in the network. On the other hand, with the aim of optimizing energy resources in the nodes without causing damage on the Quality of Service, this thesis proposes meaningful improvements to the routing protocol by means of a cross-layer scheme. Specifically, the designed mechanism carries out an evaluation of both the energy capacity available in the nodes and the distribution of devices along the wireless medium. To that end, this proposal introduces a new metric in the routing computation process, called strategic value, which reports the importance of a node in the network in terms of connectivity (i.e. number of neighbor nodes). This scheme aims to reduce the energy expenditure caused by the overhearing effect along the areas with higher node density as well as to extend the lifetime for those nodes with higher number of neighbors which are strategic to preserve network connectivity. Additionally, considering the current pragmatic approach in ad hoc networks focused on the design of specific applications, the evaluation hereby presented has been performed by means of a simulation environment and also through the implementation of a testbed. Specifically, the operation of the proposed scheme has been analyzed on a set of ad hoc nodes which has been implemented through development platforms. Also, a software tool has been developed in order to control and configure the experiments. Results prove that the proposal allows to extend the lifetime of the network as well as to increase packet reception rate as a consequence of the prevention in the route breakages due to energy depletion. Finally, it is worth mentioning that the knowledge acquired by the design, configuration and analysis of experiments by means of hardware devices, has motivated the development of proposals and application studies of ad hoc networks in real environments, which represent an additional contribution of this thesis dissertation. / El presente trabajo de tesis doctoral aborda la problemática de las limitaciones de energía en redes inalámbricas ad hoc. En este tipo de redes, los nodos generalmente emplean baterías como fuente de alimentación, lo que limita de forma dramática la autonomía de funcionamiento. Los nodos con mayor agotamiento de energía constituyen potenciales elementos para la pérdida de conectividad parcial o total de la red ocasionando el incremento de la pérdida de paquetes. Por tanto, la gestión eficiente del gasto es uno de los principales desafíos a enfrentar en el ámbito de investigación de redes ad hoc, en especial para el desarrollo de aplicaciones en escenarios reales de operación. Sin embargo, dicha gestión no es una tarea trivial debido a las características inherentes de este tipo de redes, como por ejemplo la operación distribuida, así como el acceso compartido al medio inalámbrico. En tal sentido, los mecanismos usuales de optimización del gasto de energía basados en el establecimiento de períodos de bajo consumo (modo sleep), no se ajustan a las características operativas de una red ad hoc, debido al impacto notable que ocasionan sobre la conectividad en la red. Además, el crecimiento significativo de las aplicaciones y servicios de distribución de contenidos multimedia, especialmente tráfico de vídeo, demandan niveles específicos de calidad de servicio. Por consiguiente, el diseño de soluciones de optimización de los recursos de energía disponible en los nodos no debe implicar la degradación de la calidad de experiencia percibida por los usuarios finales. Las contribuciones del trabajo de tesis se centran, en primer lugar, en el análisis de los factores que incrementan el gasto de energía en el medio inalámbrico y que están relacionados con el principio de operación de la interfaz de radio. En particular, el incremento dramático del funcionamiento en modo recepción ocasionado sobre las zonas de interferencia por el efecto overhearing así como el mayor número de intentos de transmisión debido a la contienda por el acceso al canal, se definen como las principales causas que incrementan la demanda de energía en la red. Por otra parte, con el objetivo de optimizar los recursos de energía disponibles en los nodos sin ocasionar un perjuicio sobre la calidad de servicio, en el presente trabajo de tesis se proponen mejoras al protocolo de encaminamiento mediante un esquema cross-layer. En concreto, el mecanismo diseñado realiza una evaluación de la capacidad de energía disponible en los nodos, así como de la distribución de los dispositivos en el medio inalámbrico. Con tal fin, la propuesta introduce en el cómputo de enrutamiento una métrica nueva denominada valor estratégico, la cual reporta la importancia de un nodo en la red en términos de conectividad (número de dispositivos vecinos). El esquema apunta a reducir el gasto de energía ocasionado por el efecto overhearing en las zonas con mayor densidad de dispositivos, así como extender la autonomía de operación sobre aquellos nodos con mayor número de vecinos, que resultan estratégicos para conservar la conectividad en la red. Además, de forma consecuente con el actual enfoque pragmático en redes ad hoc orientado al diseño de soluciones para escenarios específicos de aplicación, la evaluación de la propuesta se ha realizado tanto en un entorno de simulación, así como mediante la implementación de un testbed. Específicamente, se ha analizado la operación del mecanismo de enrutamiento propuesto sobre un conjunto de nodos ad hoc implementados mediante plataformas de desarrollo. Adicionalmente, se ha desarrollado una herramienta para el control y configuración de los experimentos. Los resultados demuestran que la propuesta permite extender el tiempo de operación de la red, así como incrementar la tasa de paquetes en recepción como consecuencia de la prevención en la ruptura de los enlaces por agotamiento / El present treball de tesi doctoral aborda la problemàtica de les limitacions d'energia en xarxes sense fil ad hoc. En este tipus de xarxes, els nodes generalment empren bateries com a font d'alimentació, la qual cosa limita de forma dramàtica l'autonomia de funcionament. Els nodes amb major esgotament d'energia constituïxen potencials elements per a la pèrdua de connectivitat parcial o total de la xarxa, ocasionant l'increment de la pèrdua de paquets. Per tant, la gestió eficient de la despesa és un dels principals desafiaments a enfrontar en l'àmbit d'investigació de xarxes ad hoc, en especial per al desenvolupament d'aplicacions en escenaris reals d'operació. No obstant això, aquesta gestió no és una tasca trivial a causa de les característiques inherents d'este tipus de xarxes, com per exemple l'operació distribuïda així com l'accés compartit al mitjà sense fil. En este sentit, els mecanismes usuals d'optimització de la despesa d'energia basats en l'establiment de períodes de baix consum (mode sleep), no s'ajusten a les característiques operatives d'una xarxa ad hoc, a causa de l'impacte notable que ocasionen sobre la connectivitat a la xarxa. A més, el creixement significatiu de les aplicacions i serveis de distribució de continguts multimèdia, especialment tràfic de vídeo, demanden nivells específics de qualitat de servei. Per tant, el disseny de solucions d'optimització dels recursos d'energia disponible en els nodes no ha d'implicar la degradació de la qualitat d'experiència percebuda pels usuaris finals. Les contribucions del treball de tesi se centren, en primer lloc, en l'anàlisi dels factors que incrementen la despesa d'energia en el mitjà sense fil i que estan relacionats amb el principi d'operació de la interfície de ràdio. En particular, l'increment dramàtic del funcionament en mode recepció, ocasionat sobre les zones d'interferència per l'efecte overhearing, així com el major nombre d'intents de transmissió a causa de la contesa per l'accés al canal, es definixen com les principals causes que incrementen la demanda d'energia a la xarxa. D'altra banda, amb l'objectiu d'optimitzar els recursos d'energia disponibles en els nodes sense ocasionar un perjudici sobre la qualitat de servici, en el present treball de tesi es proposen millores al protocol d'encaminament mitjançant un esquema cross-layer. En concret, el mecanisme dissenyat realitza una avaluació de la capacitat d'energia disponible en els nodes així com de la distribució dels dispositius en el mitjà sense fil. Amb tal fi, la proposta introduïx en el còmput d'encaminament una nova mètrica denominada valor estratègic, la qual reporta la importància d'un node en la xarxa en termes de connectivitat (nombre de dispositius veïns). L'esquema reduix la despesa ocasionada per l'efecte overhearing a les zones amb major densitat de dispositius i estén l'autonomia d'operació sobre aquells nodes amb major nombre de veïns, que resulten estratègics per conservar la connectivitat a la xarxa. A més, de forma conseqüent amb l'actual enfocament pragmàtic en xarxes ad hoc orientat al disseny de solucions per a escenaris específics d'aplicació, l'avaluació de la proposta s'ha realitzat tant en un entorn de simulació així com per mitjà de la implementació d'un testbed. Específicament, s'ha analitzat l'operació del mecanisme d'encaminament proposat sobre un conjunt de nodes ad hoc implementats mitjançant plataformes de desenvolupament. Addicionalment, s'ha desenvolupat una eina per al control i configuració dels experiments. Els resultats demostren que la proposta permet estendre el temps d'operació de la xarxa així com incrementar la taxa de paquets en recepció com a conseqüència de la prevenció en la ruptura dels enllaços per esgotament d'energia. / González Martínez, SR. (2017). Diseño de un Esquema Cross-Layer para el Balance entre Eficiencia Energética y Calidad de Servicio en la Transmisión de Tráfico Multimedia en Redes Ad-Hoc [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84284 / TESIS

This thesis dissertation addresses the problem of providing video streaming services over mobile wireless ad hoc networks. This sort of network represents a hostile environment for this kind of realtime data transmission to the extent that obtaining a good quality of viewer experience is challenging and still under study. Besides the research point of view, providing high-quality multimedia services is decisive for the practical usability and feasibility of wireless ad hoc networks so that service providers can broaden the range of services offered. So far, mobile wireless ad hoc networks have been used to provide network connection among users who could not have connectivity otherwise. However, quality expectations and requirements have been increased notably, fostered by the advent of real-time multimedia applications over mobile devices. Due to the considerable processing and bandwidth constraints underlying these types of devices, coupled with their ability to move freely, it becomes a difficult task to achieve an acceptable quality of service throughout the entire video transmission. Thus, the contribution of this thesis work is twofold. On the one hand, the main problems and limitations that may be encountered and should be faced when deploying real-time services over mobile wireless ad hoc networks are analyzed and discussed. Bandwidth constraints and node mobility are portrayed as the major causes that prevent good quality of service and smooth video playback. On the other hand, following then the aim of improving video streaming quality, this thesis proposes practical solutions that involve diverse routing and cross-layer techniques. One of the proposed approaches focuses on hierarchical routing. Hierarchical arrangement of network nodes may reduce packet interference as well as offer a structured architecture that reduces control traffic overhead. Particularly, the proposed hierarchical routing protocol aims at providing scalability when the number of nodes grows, while maintaining complexity as low as possible. The resulting reduction in packet losses and video playback interruptions finally enhances the quality of received video streams. Furthermore, on the basis that the nodes in an ad hoc network are willing to perform routing tasks, every node could become essential for the proper network operation and routing performance. In tune with this philosophy, a new cross-layer mechanism for recovering lost packets is proposed. By overhearing packets over the wireless shared medium, any node in the surrounding area of the destination endpoint can altruistically retransmit those video packets that have not been correctly received at destination. Moreover, due to the video awareness and frame prioritization algorithm considered in this proposal, it becomes very convenient for real-time video streaming services. The results show that the presented mechanism succeeds in improving video quality and user experience, especially when packet losses are caused due to the mobility of the destination node. / Arce Vila, P. (2014). Hierarchical routing and cross-layer mechanisms for improving video streaming quality of service over mobile wireless ad hoc networks [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36538 / Alfresco

[EN] This thesis dissertation tackles the problem concerning provision of video streaming services over mobile wireless ad hoc networks. Such networks are characterized by their versatility and flexibility, features that make them particularly suited to be used in many scenarios. However, some limitations inherited of the wireless channel and the mobility of the nodes make difficult to guarantee certain degree of quality of service, which is a required condition to the multimedia applications. Furthermore, with the massive demand of video content, it has become very necessary for mobile ad hoc networks to have an efficient routing and quality of services mechanisms to support this traffic. This is because video streaming services require network to provide sufficient bandwidth and an upper bound in delay, jitter and loss rate. Consequently, traditional best-effort protocols are not adequate. The main contribution of this thesis is the development of a comprehensive routing protocol that has a feedback scheme in order to provide information to the application about the network conditions. This protocol has a cross-layer architecture and it incorporates three important enhancements. Firstly, a new route recovery strategy, which provides a mechanism to detect the link failures in a route and re-establish the connections taking into account the conditions of quality of service that have been established during the previous route discovery phase. Secondly, an algorithm for the estimation of the available bandwidth along the route, information that is sent to application layer in order to apply an adaptation procedure that adjusts the bit rate of the video source. This rate-adaptive strategy is performed exploiting the layered scheme of the scalable video coding. In particular, the adaptive method removes, from the scalable video stream, those layers that could not be efficiently supported by network since their bitrates exceed the available bandwidth. The third main feature of the proposed routing protocol is a gateway discovery algorithm to improve the interconnectivity between mobile ad hoc networks and infrastructure-based networks. This algorithm incorporates available bandwidth as a metric during the gateway selection and a dynamic adaptation of some operational parameters such as the size of the proactive area and the frequency of the advertisement messages. Additionally, in order to solve the lack of a software tool to simulate rate-adaptive transmission of scalable video, a new simulation framework had be implemented. This simulation tool is an open source software freely available and, thus, it represents other contribution of this thesis. The results reveal performance improvements in terms of packet delay, dropped packets and the number of link failures while a more efficient use of the available bandwidth is obtained. In terms of video transmission, the results prove that the combined use of the proposed protocol and the scalable video coding provides an efficient platform for supporting rate-adaptive video streaming over mobile ad hoc networks. / [ES] Esta tesis aborda los problemas relacionados con los servicios de video en modo streaming sobre las redes móviles ad hoc. Este tipo de redes se caracterizan por su versatilidad y flexibilidad, lo cual las hace especialmente adecuadas para ser utilizadas en diversos escenarios. Sin embargo, algunas limitaciones inherentes a los enlaces inalámbricos y a la movilidad de los nodos, hace difícil garantizar cierto nivel de calidad de servicio, lo cual es una condición necesaria para el transporte de flujos multimedia. Además, con la masiva demanda de videos desde los dispositivos móviles, hace aún más necesario asegurar un encaminamiento eficiente y un cierto nivel de calidad de servicio en las redes móviles ad hoc. Por lo tanto, los tradicionales protocolos que funcionan bajo el modelo del "mejor esfuerzo" no son adecuados. Esto se debe principalmente a que las aplicaciones multimedia necesitan que la red asegure suficiente ancho de banda y unos valores máximos de retardo, jitter, y tasa de pérdidas. La principal contribución de esta tesis es el desarrollo de un protocolo de encaminamiento que contiene un esquema de realimentación que le permite informar a la aplicación sobre las condiciones de la red. Este protocolo tiene una arquitectura cross-layer e incorpora tres importantes mejoras. Primero, una nueva estrategia de mantenimiento y recuperación de rutas que provee mecanismos para detectar los fallos de conectividad y el posterior re-establecimiento de las conexiones, teniendo en cuenta las condiciones de calidad de servicio que fueron establecidas durante la etapa inicial del descubrimiento de las rutas. Segundo, un algoritmo para la estimación del ancho de banda disponible a lo largo de la ruta, información que es enviada a la capa de aplicación para aplicar un proceso de adaptación que ajusta la tasa de envío de datos de la fuente. Esta estrategia adaptativa de la tasa aprovecha el esquema por capas de la codificación escalable de video. En particular, el método adaptativo elimina del flujo de video escalable, aquellas capas que no pueden ser transmitidas por la red ya que su tasa de bits supera el ancho de banda disponible. La tercera mejora incluida en el protocolo propuesto es un algoritmo de descubrimiento de gateways para mejorar la interconectividad entre las redes móviles ad hoc y las redes basadas en infraestructura. Dicho algoritmo utiliza el ancho de banda disponible para seleccionar el mejor gateway, así mismo, realiza una adaptación dinámica de algunos parámetros operacionales como el alcance y la frecuencia de los mensajes anuncio. Adicionalmente, ha sido desarrollada una herramienta software para simular la transmisión adaptativa de video escalable sobre redes móviles ad hoc. Esta herramienta de simulación es un software de código abierto y constituye otra contribución más de esta tesis. Los resultados muestran mejoras en el funcionamiento de las redes relacionadas con el retardo, la tasa de pérdidas de paquetes y el número de fallos en la conectividad. Simultáneamente, se obtiene un uso más eficiente del ancho de banda. En relación a la calidad del video transmitido, los resultados demuestran que la utilización del protocolo propuesto junto con la codificación de video escalable, provee un eficiente sistema para la transmisión adaptativa de video escalable sobre redes móviles ad hoc. / [CAT] Aquesta tesi aborda els problemes relacionats amb els serveis de vídeo en mode streaming sobre les xarxes mòbils ad hoc. Aquest tipus de xarxes es caracteritzen per la seva versatilitat i flexibilitat, la qual cosa les fa especialment adequades per a ser utilitzades en diversos escenaris. No obstant això, algunes limitacions inherents als enllaços sense fils i a la mobilitat dels nodes, fa difícil garantir cert nivell de qualitat de servei, cosa que és una condició necessària per al transport de fluxos multimèdia. A més, amb la massiva demanda de vídeos des dels dispositius mòbils, fa encara més necessari assegurar un encaminament eficient i un cert nivell de qualitat de servei en les xarxes mòbils ad hoc. Per tant, els tradicionals protocols que funcionen sota el model del "millor esforç" no són adequats. Això es deu principalment al fet que les aplicacions multimèdia necessiten que la xarxa asseguri suficient ample de banda i uns valors màxims de retard, jitter, i taxa de pèrdues. La principal contribució d'aquesta tesi és el desenvolupament d'un protocol d'encaminament que conté un esquema de realimentació que li permet informar l'aplicació sobre les condicions de la xarxa. Aquest protocol té una arquitectura cross-layer i incorpora tres importants millores. Primer, una nova estratègia de manteniment i recuperació de rutes que proveeix mecanismes per detectar les fallades de connectivitat i el posterior re-establiment de les connexions, tenint en compte les condicions de qualitat de servei que van ser establertes durant l'etapa inicial del descobriment de les rutes. Segon, un algoritme per a l'estimació de l'ample de banda disponible al llarg de la ruta, informació que és enviada a la capa d'aplicació per aplicar un procés d'adaptació que ajusta la taxa d'enviament de dades de la font. Aquesta estratègia adaptativa de la taxa aprofita l'esquema per capes de la codificació escalable de vídeo. En particular, el mètode adaptatiu elimina del flux de vídeo escalable aquelles capes que no poden ser transmeses per la xarxa ja que la seva taxa de bits supera l'ample de banda disponible. La tercera millora inclosa en el protocol proposat és un algoritme de descobriment de gateways per millorar la interconnectivitat entre les xarxes mòbils ad hoc i les xarxes basades en infraestructura. Aquest algoritme utilitza l'ample de banda disponible per seleccionar el millor gateway, així mateix, realitza una adaptació dinàmica d'alguns paràmetres operacionals com l'abast i la freqüència dels missatges anunci. Addicionalment, ha estat desenvolupada una eina programari per a simular la transmissió adaptativa de vídeo escalable sobre xarxes mòbils ad hoc. Aquesta eina de simulació és un programari de codi obert i constitueix una altra contribució més d'aquesta tesi. Els resultats mostren millores en el funcionament de les xarxes relacionades amb el retard, la taxa de pèrdues de paquets i el nombre de fallades en la connectivitat. Simultàniament, se n'obté un ús més eficient de l'ample de banda. En relació a la qualitat del vídeo transmès, els resultats demostren que la utilització del protocol proposat juntament amb la codificació de vídeo escalable, proveeix un eficient sistema per a la transmissió adaptativa de vídeo escalable sobre xarxes mòbils ad hoc. / Castellanos Hernández, WE. (2015). Quality of Service Routing and Mechanisms for Improving Video Streaming over Mobile Wireless Ad hoc Networks [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53238 / TESIS

L’objectif de cette thèse concerne l’allocation des canaux fréquentiels dans les réseaux ad hoc organisés en clusters. Les terminaux du réseau sont assemblés localement en clusters afin de garder les avantages des réseaux ad hoc tout en réduisant la quantité de signalisation nécessaire à son fonctionnement. Dans chaque cluster, un chef de cluster (CH en anglais) est désigné parmi les terminaux dont le rôle est de gérer localement les ressources ainsi que les communications. Un des problèmes concerne l'allocation des bandes de fréquence de manière distribuée à chaque cluster pour leur permettre d'opérer correctement. Les fréquences sont une ressource rare ce qui implique que plusieurs clusters sont amenés à utiliser les mêmes et donc à interférer entre eux. Le CH base ses décisions sur une fonction d'utilité qui prend en compte des mesures de performance des communications. Ces dernières peuvent être perturbées à cause des diverses variations dynamiques auxquels sont soumis les réseaux ad hoc. Parmi les algorithmes d'apprentissage distribués, nous avons identifié des méthodes basées sur le paradigme "d'essais erreur'' (TE en anglais) comme des solutions potentielles. Ces algorithmes ont la particularité d'avoir des propriétés de convergence globale intéressantes bien que le problème soit non coopératif.Dans un premier temps, nous avons étudié la convergence théorique de ces algorithmes en réalisant des approximations de chaînes de Markov dans des cas particuliers. Ensuite, nous avons montré théoriquement et numériquement que le principal défaut des approches TE est leur sensibilité aux variations aléatoires de la mesure d'utilité. Nous avons donc proposé des solutions, avec des preuves théoriques à l’appui, pour adapter ces algorithmes aux cas où l'utilité serait perturbée par des phénomènes aléatoires. Enfin, nous avons analysé de manière plus approfondie l’influence des évanouissements de Rayleigh sur les statistiques de l’utilité. / This thesis deals with the fully distributed allocation of channels in clustered ad hoc networks. Nodes are gathered locally into clusters in order to keep the advantage of the no infrastructure of ad hoc networks, and to reduce the amount of signalling. In each cluster a node is elected as the Clustered Head (CH) whose role is to manage the resources and the transmissions locally. One of the major problem is to allocate in a distributed way spectrum bands to the clusters in order to make them able to operate. Bandwidth is a scarce resource which implies that several clusters may use the same frequency and hence interfere among each other. The CH realizes the frequency allocation based on a utility function that uses measurements as inputs. These measurements are possibly disturbed due to the wide variety of dynamic changes that face ad hoc networks. Among the distributed learning algorithms, we have identified approaches based on "trial and error'' (TE) paradigm that could solve the channel allocation problem. These approaches possess very attractive global convergence behavior despite the non-cooperativeness of the problem and thus in a broad class of games.First, based on a specific utility model, we analyse the performance of these algorithms using Markov chains approximations in order to reduce numerical computations complexity. Then, we assess theoretically and numerically that a drawback of TE algorithms is their sensitivity to disturbances. We propose modifications with supporting theoretical proofs in order to adapt the TE algorithms to disturbances of the utility. Furthermore, we study the impact of Rayleigh fading on the utility by deriving its probability density function (pdf) in various contexts.

Distributed systems like e-commerce and e-market places, peer-to-peer networks, social networks, and mobile ad hoc networks require cooperation among the participating entities to guarantee the formation and sustained existence of network services. The reliability of interactions among anonymous entities is a significant issue in such environments. The distributed entities establish connections to interact with others, which may include selfish and misbehaving entities and result in bad experiences. Therefore, trustworthiness evaluation using trust management techniques has become a significant issue in securing these environments to allow entities decide on the reliability and trustworthiness of other entities, besides it helps coping with defection problems and stimulating entities to cooperate. Recent models on evaluating trustworthiness in distributed systems have heavily focused on assessing trustworthiness of entities and isolate misbehaviours based on single trust metrics. Less effort has been put on the investigation of the subjective nature and differences in the way trustworthiness is perceived to produce a composite multidimensional trust metrics to overcome the limitation of considering single trust metric. In the light of this context, this thesis concerns the evaluation of entities’ trustworthiness by the design and investigation of trust metrics that are computed using multiple properties of trust and considering environment. Based on the concept of probabilistic theory of trust management technique, this thesis models trust systems and designs cooperation techniques to evaluate trustworthiness in mobile ad hoc networks (MANETs). A recommendation based trust model with multi-parameters filtering algorithm, and multidimensional metric based on social and QoS trust model are proposed to secure MANETs. Effectiveness of each of these models in evaluating trustworthiness and discovering misbehaving nodes prior to interactions, as well as their influence on the network performance has been investigated. The results of investigating both the trustworthiness evaluation and the network performance are promising. / Ministry of Higher Education in Libya and the Libyan Cultural Attaché bureau in London

No description available.

No description available.

No description available.