L'objectif de cette thèse est de proposer des stratégies d'optimisation protocolaire et architecturale adaptées aux cas d'usages pour lesquels les communications entre les noeuds d'un réseau sont susceptibles d'être fortement perturbées par des conditions de déploiement défavorables, sans que les mécanismes standards de réparation de panne prévus pour ce réseau puissent convenablement traiter et résorber les effets de ces perturbations. Il peut s'agir de divers contextes applicatifs, comme celui des réseaux de communication d'urgence, mis en oeuvre suite à la survenue de désastres ou plus généralement d'incidents non planifiés capables de laisser les réseaux d'une zone affectée partiellement ou totalement endommagés. Les perturbations mentionnées peuvent être de différente nature : elles peuvent par exemple être provoquées par un dimensionnement du réseau défavorable (ex. nombre de noeuds trop faible, surface de dispersion des nœuds trop importante, portée des interfaces de communication sans fil trop réduites, . . . en regard des autres paramètres de déploiement considérés). Elles peuvent aussi être provoquées par des causes externes, comme par exemple la présence non anticipée d'obstacles ou la survenue de sources d'interférences extérieures au réseau considéré. De manière générale, on constate qu'en présence de telles perturbations, un réseau non conçu pour spécifiquement fonctionner dans de telles conditions peut voir ses performances et la qualité d'expérience de ses utilisateurs baisser significativement. Dans ce contexte, nous cherchons à comparer la perception que nous avons traditionnellement de la mobilité dans les réseaux sans fil, en particulier dans les réseaux ad hoc mobiles et les réseaux tolérants aux perturbations et aux délais, avec les principes de la mobilité contrôlée, selon lesquels un noeud est capable de participer directement à la détermination de sa trajectoire et à la réalisation de son déplacement. Nous définissons un système de forces virtuelles, comprenant diverses composantes répulsives, attractives, de frottement et d'alignement, pouvant être appliquées aux noeuds d'un réseau. Nous expliquons ensuite comment concrètement utiliser ces forces virtuelles dans un déploiement réseau, et nous spécifions une solution protocolaire utilisée selon diverses variations, que nous mettons en oeuvre à travers des stratégies de mobilité contrôlée adaptées à différents environnements réseau.Nous prenons tout d'abord appui sur un scénario applicatif relatif à la lutte contre la progression d'une espèce invasive, le frelon asiatique, et décrivons un déploiement sur un réseau ad hoc sans fil reposant sur un ensemble de véhicules mobiles aériens qui exécutent une première stratégie de mobilité contrôlée. Nous cherchons à identifier les plages de valeurs pour les paramètres-clés de notre protocole à base de forces virtuelles aboutissant aux meilleures performances du réseau constitué par l'ensemble des noeuds considérés. Par la suite, nous introduisons également un scénario de déploiement de réseau temporaire de secours en situation de désastre, toujours de type ad hoc sans fil, puis nous présentons une analyse de la performance d'une seconde stratégie de mobilité contrôlée adaptée à cet environnement. Nous montrons en particulier comment cette stratégie se comporte lorsque le nombre de noeuds du réseau augmente. Nous abordons ensuite le contexte des réseaux utilisés en conditions défavorables et des mécanismes de tolérance aux perturbations. Nous cherchons ici à concevoir un troisième type de stratégie de mobilité contrôlée utilisant conjointement des mécanismes de tolérance aux perturbations et aux délais et les principes de mobilité contrôlée afin d'augmenter significativement les performances du réseau / Throughout this thesis, we seek to propose and design optimized strategies that are adapted to a widespread class of use cases in which communications between network nodes may be disrupted by adverse deployment conditions, assuming that standard fault repair mechanisms are unable to address and mitigate the effects created by these disruptions. Such use cases include the applicative context of emergency communication networks, which are often met in the wake of disasters, or more generally after the occurrence of any unexpected event which may leave the existing networks of an affected area partially or even totally damaged. The aforementioned disruptions can be of different nature: they may result from a detrimental network dimensioning (e.g. low number of network nodes, excessive node scattering surface, insufficient radio communication range, . . . with respect to the other considered deployment parameter values). They may also stem from external causes, e.g. the unexpected presence of obstacles on the area of interest, or the existence of extrinsic interference sources that may disturb the considered network. In general, it can be observed that given such disruptions, a network which is not inherently designed to operate in these conditions is likely to under-perform and, as a result, to offer a significantly decreased quality of experience to its users. In this regard, we seek to compare our perception of the traditional concept of mobility as seen in common infrastructure, ad hoc or disruption- and delay-tolerant wireless networks with the principles of controlled mobility, according to which a network node may directly control its own movement and affect its trajectory accordingly. More precisely, we investigate the means to define a virtual force system which encompasses multiple repulsive, attractive, friction and alignment forces, all of which may be applied to network nodes in order to enforce this principle of controlled mobility.We then explain how virtual forces can concretely be implemented and used in a realistic network deployment, and we specify a protocol solution and its variations, which we enforce within controlled mobility strategies with the prospect that those prove best suited to the considered network environments. We first take as an applicative background a scenario aiming to fight the spread of an invasive species, the Asian hornet, and we outline a practical deployment relying on a wireless ad hoc network formed with unmanned aerial nodes which all enforce our first proposed controlled mobility strategy. We then seek to identify the best value intervals for the key parameters of our virtual force-based protocol, anticipating that configured with these values, the deployed network will yield its best performance in terms of delays and packet delivery. Later, we introduce a scenario related to the deployment of an emergency communication network, still on the basis of wireless ad hoc network principles. We then present an analysis of how a second proposed controlled mobility strategy performs in this applicative environment. In particular, we show how this strategy behaves when the number of network nodes increases. At that point, we address the context of networks deployed in challenging conditions, and of the use of disruption- and delaytolerant mechanisms. We aim here at designing a third type of strategy that jointly uses disruption- and delay-tolerant mechanisms as well as controlled mobility principles, in order to significantly increase the overall network performance. We then investigate and explain how this strategy allows transmitting a fraction of the user traffic with short delays, when an end-to-end route is available along a communication chain, while the other fraction of the traffic is delivered with longer delays, with the support of delay-tolerant routing mechanisms

Ensuring trustworthiness through mobile nodes is a serious issue. Indeed, securing the routing protocols in Mobile Ad Hoc Network (MANET) is of paramount importance. A key exchange cryptography technique is one such protocol. Trust relationship between mobile nodes is essential. Without it, security will be further threatened. The absence of infrastructure and a dynamic topology changing reduce the performance of security and trust in mobile networks. Current proposed security solutions cannot cope with eavesdroppers and misbehaving mobile nodes. Practically, designing a key exchange cryptography system is very challenging. Some key exchanges have been proposed which cause decrease in power, memory and bandwidth and increase in computational processing for each mobile node in the network consequently leading to a high overhead. Some of the trust models have been investigated to calculate the level of trust based on recommendations or reputations. These might be the cause of internal malicious attacks. Our contribution is to provide trustworthy communications among the mobile nodes in the network in order to discourage untrustworthy mobile nodes from participating in the network to gain services. As a result, we have presented an Elliptic Curve Diffie-Hellman key exchange and trust framework mechanism for securing the communication between mobile nodes. Since our proposed model uses a small key and less calculation, it leads to a reduction in memory and bandwidth without compromising on security level. Another advantage of the trust framework model is to detect and eliminate any kind of distrust route that contain any malicious node or suspects its behavior.

In the literature, various Mobile Ad hoc NETwork (MANET) routing protocols proposed. Each performs the best under specific context conditions, for example under high mobility or less volatile topologies. In existing MANET, the degradation in the routing protocol performance is always associated with changes in the network context. To date, no MANET routing protocol is able to produce optimal performance under all possible conditions. The core aim of this thesis is to solve the routing problem in mobile Ad hoc networks by introducing an optimum system that is in charge of the selection of the running routing protocol at all times, the system proposed in this thesis aims to address the degradation mentioned above. This optimisation system is a novel approach that can cope with the network performance’s degradation problem by switching to other routing protocol. The optimisation system proposed for MANET in this thesis adaptively selects the best routing protocol using an Artificial Intelligence mechanism according to the network context. In this thesis, MANET modelling helps in understanding the network performance through different contexts, as well as the models’ support to the optimisation system. Therefore, one of the main contributions of this thesis is the utilisation and comparison of various modelling techniques to create representative MANET performance models. Moreover, the proposed system uses an optimisation method to select the optimal communication routing protocol for the network context. Therefore, to build the proposed system, different optimisation techniques were utilised and compared to identify the best optimisation technique for the MANET intelligent system, which is also an important contribution of this thesis. The parameters selected to describe the network context were the network size and average mobility. The proposed system then functions by varying the routing mechanism with the time to keep the network performance at the best level. The selected protocol has been shown to produce a combination of: higher throughput, lower delay, fewer retransmission attempts, less data drop, and lower load, and was thus chosen on this basis. Validation test results indicate that the identified protocol can achieve both a better network performance quality than other routing protocols and a minimum cost function of 4.4%. The Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) protocol comes in second with a cost minimisation function of 27.5%, and the Optimised Link State Routing (OLSR) algorithm comes in third with a cost minimisation function of 29.8%. Finally, The Dynamic Source Routing (DSR) algorithm comes in last with a cost minimisation function of 38.3%.

This thesis examines the philosopher Michel Foucault’s view of painting as an experience. I study Foucault’s essay on Velázquez’s painting Las Meninas and his lecture on Manet in light of his view that the relation between images and texts, as well as between what can be uttered and what can be seen, are to be understood as symptoms of a variable structure of experience. I explore Foucault’s claim that concepts shape our experience by comparing his descriptions of the beholder’s experience of light and space in these paintings with his theory of representation in The Order of Things. Further, I analyze the specific role of painting in Foucault’s philosophy, as amediator of historical experiences. This study shows that, according to Foucault, the structure dominating both experience and knowledge in the early modern period was predominantly visual. Towards the end of this period images came closer to text, corresponding to a shift in the human sciences towards methods of interpretation rather than visual observation. This can be understood in terms of a new form of sensibility. This thesis challenges the interpretation that Foucault holds there to be a sharp discontinuity in experience by showing how painting, as an experience, transgresses epistemological boundaries. I claim that this experience appears through Foucault’s way of carefully examining and describing a visual experience of an image.

La notion de confiance, quoique implicite, est toujours présente dans le fonctionnement des protocoles, en particulier, entre les entités qui participent aux opérations de routage. <br />Dans notre travail, nous nous sommes intéressés à la gestion de la confiance (trust management) comme une solution de sécurité pour le protocole OLSR (Optimized Link State Routing Protocol). Cette approche s'adapte particulièrement à la nature mobile, ad-hoc, distribuée et auto-organisée des réseaux ad-hoc. De plus, la gestion explicite de la confiance permet aux entités de raisonner avec et à propos de la confiance, les rendant ainsi plus robustes pour la prise de décisions concernant les autres entités.<br />Nous commençons par une analyse du fonctionnement du protocole OLSR sous l'optique de la confiance. Ensuite, nous proposons un raisonnement basé sur la confiance pour permettre à chaque noeud d'évaluer le comportement des autres noeuds, de détecter les comportements malveillants, et donc de pouvoir décider de faire confiance ou non. Enfin, nous proposons une solution de prévention et des contremesures pour résoudre le cas d'une incohérence et contrer les comportements malveillants. Ces solutions ne nécessitent que peu de modifications sur le protocole OLSR et peuvent être étendues selon le type d'attaque et les besoins des utilisateurs.

Les réseaux mobiles ad hoc (MANETs) se forment spontanément à partir de terminaux mobiles qui communiquent en utilisant des interfaces sans fil à faible portée (e.g. Wi-Fi, Bluetooth). Dans la plupart des réseaux ad hoc déployés dans des conditions réelles, ces terminaux mobiles peuvent être volatiles et distribués de manière clairsemée, et former par conséquent des îlots de connectivité qui évoluent continuellement. Dans cette thèse, je considère spécifiquement ce type de réseaux, qui sont appelés MANETs discontinus. Les communications dans les MANETs discontinus présentent un défi, parce que les protocoles de routage conçus pour les MANETs connexes ne fonctionnent pas dans de tels réseaux. L'approche storecarry- and-forward est proposée depuis quelques années pour palier les discontinuités du réseau. Elle permet à un nœud de stocker temporairement un message, afin de le transmettre plus tard quand les conditions deviennent favorables. La mobilité des nœuds devient alors un avantage, en facilitant la propagation des messages d'un îlot vers un autre. L'approche orientée services semble appropriée pour mettre en œuvre des applications dans les MANETs discontinus à cause de la nature découplée des entités qu'elle met en jeu. En effet, le découplage entre un client et un fournisseur de service est essentiel dans un environnement où la disponibilité des fournisseurs est fluctuante, et où les communications de bout en bout ne sont pas garanties. Malgré ce découplage, dans les systèmes orientés services existants les fournisseurs sont souvent supposés stables et toujours accessibles. Bien que l'approche orientée services semble appropriée dans les MANETs discontinus, la mise en œuvre de services distribués nécessite des communications dans l'ensemble du réseau, malgré la fragmentation de celui-ci. En outre, la mise en œuvre doit prendre en compte l'accessibilité non prévisible des fournisseurs, ainsi que les délais potentiels de la communication. Cette thèse propose une plate-forme de services pour les terminaux mobiles, qui supporte l'exécution d'applications orientées services dans les MANETs discontinus. La plate-forme consiste en un intergiciel structuré en deux couches : une couche de communication et une couche de services. La couche de communication permet le découplage entre deux entités en termes d'interactions dans le temps, de comportement synchrone, et de connaissance mutuelle. Pour cette couche de communication (DoDWAN), un protocole opportuniste et basé contenu est utilisé. La couche de services (DiSWAN) permet le découplage entre les fournisseurs de services et les clients en termes d'interopérabilité et de contrat de service. Pour cette couche, des solutions de découverte et d'invocation de services sont proposées. Les éléments du protocole de découverte sont la description et la publication du coté fournisseur, et la collecte et la sélection du coté client. La description inclut des propriétés fonctionnelles et nonfonctionnelles du service, ainsi que des propriétés contextuelles. La découverte est basée sur le modèle pair à pair, où un client ne collecte que les services intéressants. Les invocations sont basées contenu pour bénéficier de la réplication de services, dans le cas où plusieurs fournisseurs peuvent fournir le même service métier. Le client crée sa requête en connaissant un fournisseur déjà découvert, mais il publie cette requête afin qu'elle soit reçue par tous les fournisseurs compatibles. L'exploitation de la multiplicité des fournisseurs pouvant engendrer des communications superflus, plusieurs mécanismes de "guérison" du réseau ont été mis en place pour éliminer les requêtes et réponses d'invocation redondantes. Des simulations dans un MANET discontinu ont été effectuées. Les simulations montrent que la performance de la découverte étant directement liée à celle du protocole de communication et que l'utilisation des invocations basées contenu permet de meilleurs temps de réponses et une meilleure satisfaction du client. Les simulations montrent aussi que les mécanismes de "guérison" du réseau sont efficaces.

La constante évolution des technologies de l'information et le penchant vers l'utilisation des machines sans fil qui se sont imposées ces dernières années ont fait émerger un nouveau type de réseaux : les réseaux sans-fil ad hoc, ou MANET (Mobile Ad hoc NETwork). Se souciant de pouvoir communiquer et de partager l'information dans n'importe quelle situation, les réseaux ad hoc sont des systèmes autonomes composés par un ensemble d'entités mobiles libres de se déplacer sans contraintes. Ces entités utilisent le médium radio pour communiquer et forment un réseau n'utilisant aucune infrastructure existante. Dans cette thèse, nous nous intéressons à sécuriser les protocoles de routage ad hoc en proposant des mécanismes de détection des actions malveillantes pour consolider les protocoles de routage et prévenir les futures attaques. Nous nous basons sur la confiance développée entre les entités pour bâtir un raisonnement sur le comportement des entités voisines. Ceci passe par une comparaison des messages échangés entre les entités du réseau ad hoc ou encore par l'analyse des incohérences dans les annonces et les ouvertures de routes afin de détecter la malhonnêteté ou la compromission d'une entité mobile. Nous choisissons d'appliquer cette approche sur le protocole réactif AODV. L'évaluation des performances de ce système de détection montre la pertinence du raisonnement sans pour autant influencer les performances du protocole. Une étude portant sur les cas de faux-positifs est aussi effectuée : nous proposons une solution pour les limiter en se basant sur le fait de ne prendre une décision que si l'entité est sûre de l'action malhonnête du voisin.

ABSTRACT PATIENT MONITORING VIA MOBILE AD HOC NETWORK - MAXIMIZING RELIABILITY WHILE MINIMIZING POWER USAGE AND DELAYS BY SWETA SNEHA May 22nd, 2008 Committee Chair: Dr. Upkar Varshney Major Department: Computer Information Systems Comprehensive monitoring of patients based on wireless and mobile technologies has been proposed for early detection of anomalies, provision of prompt medical attention, and corresponding reduction in healthcare expenses associated with unnecessary hospitalizations and treatment. However the quality and reliability of patient monitoring applications have not been satisfactory, primarily due to their sole dependence on infrastructure-oriented wireless networks such as wide-area cellular networks and wireless LANs with unpredictable and spotty coverage. The current research is exploratory in nature and seeks to investigate the feasibility of leveraging mobile ad hoc network for extending the coverage of infrastructure oriented networks when the coverage from the latter is limited/non-existent. Although exciting, there are several challenges associated with leveraging mobile ad hoc network in the context of patient monitoring. The current research focuses on power management of the low-powered monitoring devices with the goal to maximize reliability and minimize delays. The PRD protocols leveraging variable-rate transmit power and the PM-PRD scheme are designed to achieve the aforementioned objective. The PRD protocols manage power transmitted by the source and intermediate routing devices in end to end signal transmission with the obejective to maximize end to end reliability. The PM-PRD scheme operationalizes an appropriate PRD protocol in end to end signal transmission for diverse patient monitoring scenarios with the objective to maximize reliability, optimize power usage, and minimize delays in end to end signal transmission. Analytical modeling technique is utilized for modeling diverse monitoring scenarios in terms of the independent variables and assessing the performance of the research artifacts in terms of the dependent variables. The evaluation criterion of the research artifacts is maximization of reliability and minimization of power usage and delays for diverse monitoring scenarios. The performance evaluation of the PRD protocols is based on maximization of end to end reliability in signal transmission. The utility of the PM-PRD scheme is associated with operationalizing an appropriate protocol for a given monitoring scenario. Appropriateness of a protocol for a given scenario is based on the performance of the PRD protocols with respect to the dependent variables (i.e., end to end reliability, end to end power usage, and end to end delays). Hence the performance evaluation of the PRD protocols in terms of the dependent variables is utilized to (a) discover the best protocol and (b) validate the accuracy and utility of the PM-PRD scheme in allocating the best protocol for diverse monitoring scenarios. The results validate the effectiveness of the research artifacts in maximizing reliability while minimizing power usage and delays in end to end signal transmission via a multi-hop mobile ad hoc network. Consequently the research establishes the feasibility of multi-hop mobile ad hoc network in supplementing the spotty network coverage of infrastructure oriented networks thereby enhancing the quality and dependability of the process of signal transmission associated with patient monitoring applications.

Internet worm attacks have become increasingly more frequent and have had a major impact on the economy, making the detection and prevention of these attacks a top security concern. Several countermeasures have been proposed and evaluated in recent literature. However, the eect of these proposed defensive mechanisms on legitimate competing traffic has not been analyzed. The first contribution of this thesis is a comparative analysis of the effectiveness of several of these proposed mechanisms, including a measure of their effect on normal web browsing activities. In addition, we introduce a new defensive approach that can easily be implemented on existing hosts, and which significantly reduces the rate of spread of worms using TCP connections to perform the infiltration. Our approach has no measurable effect on legitimate traffic. The second contribution is presenting a variant of the flash worm that we term Compact Flash or CFlash that is capable of spreading even faster than its predecessor. We perform a comparative study between the flash worm and the CFlash worm using a full-detail packet-level simulator, and the results show the increase in propagation rate of the new worm given the same set of parameters. The third contribution is the study of the behavior of TCP based worms in MANETs. We develop an analytical model for the worm spread of TCP worms in the MANETs environment that accounts for payloadsize, bandwidthsharing, radio range, nodal density and several other parameters specific for MANET topologies. We also present numerical solutions for the model and verify the results using packetlevel simulations. The results show that the analytical model developed here matches the results of the packetlevel simulation in most cases.

Mobile ad hoc networks (MANETs) can be formed dynamically without the support of any existing infrastructure or any centralized administration. They consist of heterogeneous mobile nodes which are powered by batteries, move arbitrarily and are connected by wireless links. Battery energy limitation is one of the main challenges in the MANETs. Several hardware and software based techniques have been proposed in this field. Most of the previous studies have considered only the energy minimization of individual nodes and disregarded the overall network lifetime. Topology management is another important problem in MANETs, in this sense / several new computing paradigms have been developed by the researchers, and the topology management has not been studied clearly in most of these models. In this study, we propose two new techniques that deal with the topology management in order to facilitate the nodes&rsquo / cooperation towards energy saving. The developed computing model considers heterogeneous mobile nodes. A node that faces shortage in its resources (energy and processing capability) sends its work to one of the nearby devices which is able to execute the work. In addition, we propose two algorithm for dynamic and two for static task scheduling, to prolong the network life time. Comprehensive experiments showed that the proposed schemes achieve a significant improvement in the network lifetime while simultaneously reducing the energy consumption and time delay for each task.