Mobile Ad hoc Networks (MANETs) are of great interest to researchers and have become very popular in the last few years. One of the great challenges is to provide a routing protocol that is capable of offering the shortest and most reliable path in a MANET in which users are moving continuously and have no base station to be used as a reference for their position. This thesis proposes some new routing protocols based on the angles (directions) of the adjacent mobile nodes and also the node density. In choosing the next node in forming a route, the neighbour node with the closest heading angle to that of the node of interest is selected, so the connection between the source and the destination consists of a series of nodes that are moving in approximately the same direction. The rationale behind this concept is to maintain the connection between the nodes as long as possible. This is in contrast to the well known hop count method, which does not consider the connection lifetime. We propose three enhancements and modifications of the Ad-hoc on demand distance vector (AODV) protocol that can find a suitable path between source and destination using combinations and prioritization of angle direction and hop count. Firstly, we consider that if there are multiple routing paths available, the path with the minimum hop count is selected and when the hop counts are the same the path with the best angle direction is selected. Secondly, if multiple routing paths are available the paths with the best angle direction are chosen but if the angles are the same (fall within the same specified segment), the path with minimum hop count is chosen. Thirdly, if there is more than one path available, we calculate the average of all the heading angles in every path and find the best one (lowest average) from the source to the destination. In MANETs, flooding is a popular message broadcasting technique so we also propose a new scheme for MANETS where the value of the rebroadcast packets for every host node is dynamically adjusted according to the number of its neighbouring nodes. A fixed probabilistic scheme algorithm that can dynamically adjust the rebroadcasting probability at a given node according to its ID is also proposed; Fixed probabilistic schemes are one of the solutions to reduce rebroadcasts and so alleviate the broadcast storm problem. Performance evaluation of the proposed schemes is conducted using the Global Mobile Information System (GloMoSim) network simulator and varying a number of important MANET parameters, including node speed, node density, number of nodes and number of packets, all using a Random Waypoint (RWP) mobility model. Finally, we measure and compare the performance of all the proposed approaches by evaluating them against the standard AODV routing protocol. The simulation results reveal that the proposed approaches give relatively comparable overall performance but which is better than AODV for almost all performance measures and scenarios examined.

Dans cette thèse nous abordons deux problématiques différentes : la prédiction et la classification de trafic et les mécanismes d'accès dans les réseaux MANETs. Dans la première partie de la thèse, nous abordons le problème de la prédiction et la classification du trafic. Sur la base des observations du passé et sans considérer aucun modèle en particulier, nous analysons le problème de la prédiction en ligne de la charge sur un lien. Concernant la classification du trafic, nous nous concentrons principalement sur des applications P2P, et particulièrement la télévision P2P (P2P-TV). Dans les deux cas, nous employons la technique de Support Vector Machines (SVM). Les algorithmes que nous proposons fournissent des résultats très précis. De plus, ils sont robustes et leur coût est extrêmement bas. Ces propriétés font que nos solutions soient particulièrement adaptées à des applications en temps réel. Dans la deuxième partie de la thèse, nous abordons deux problèmes différents liés aux mécanismes d'accès dans les réseaux MANETs, et en particulier, nous nous concentrons sur CSMA. Nous présentons d'abord les différents modèles existants pour CSMA et nous identifions leurs principaux points faibles. Des solutions possibles sont proposées, bases sur les outils de la géométrie aléatoire. Nous abordons ensuite le problème de QoS dans CSMA et nous proposons deux mécanismes différents permettant de garantir un débit minimum pour chaque transmission admise. Le but principal étant d'identifier le meilleur mécanisme dans un scénario donné comparé au protocole CSMA.

The objective of this research is to enhance the network performance under realistic mobile ad-hoc networks environments without modification of the standard. Overview of this research is summarized as follows: First, a packet-fragmentation technique to improve network throughput under the worst channel conditions is proposed. While the conventional packet-fragmentation technique research focuses only on random-bit errors, the proposed technique employs both random bit errors and hidden-node collisions. The analytical models based on Markov-chain model shows that the optimal fragmentation technique can effectively reduce the number of retransmissions caused by both collisions from hidden nodes and corrupted packets by random bit errors, and eventually improving throughput in noisy VANETs channels. As a second contribution, a dynamic service-channel allocation (DSCA) scheme is proposed to maximize the network throughput by dynamically assigning different service channels to the users. The theoretical analysis in this thesis will consider wireless access in the vehicular environment (WAVE) protocol, which is the main characteristic of the vehicular ad-hoc networks standard (the IEEE 802.11p). To summarize, the main contribution of this research is that two schemes will improve the network throughput significantly without modification of the standard. Therefore, there is no implementation issue to deploy the proposed schemes in real devices.

Dans les réseaux mobiles spontanés (en anglais, Mobile Ad hoc NETworks ou MANETs), la gestion de groupe partitionnable est un service de base permettant la construction d'applications réparties tolérantes au partitionnement. Aucune des spécifications existantes ne satisfait les deux exigences antagonistes suivantes : 1) elle doit être assez forte pour fournir des garanties utiles aux applications réparties dans les systèmes partitionnables ; 2) elle doit être assez faible pour être résoluble. Dans cette thèse, nous proposons une solution à la gestion de groupe partitionnable en environnements réseaux très dynamiques tels que les MANETs. Pour mettre en œuvre notre solution, nous procédons en trois étapes. Tout d'abord, nous proposons un modèle de système réparti dynamique qui caractérise la stabilité dans les MANETs. Ensuite, nous adaptons pour les systèmes partitionnables l'approche Paxos à base de consensus Synod. Cette adaptation résulte en la spécification d'un consensus abandonnable AC construit au-dessus d'un détecteur ultime des α participants d'une partition ♢PPD et d'un registre ultime par partition ♢RPP. ♢PPD garantit la vivacité dans une partition même si la partition n'est pas complètement stable tandis que ♢RPP préserve la sûreté dans la même partition. Enfin, la gestion de groupe partitionnable est résolue en la transformant en une séquence d'instances de AC. Chacun des modules ♢PPD, ♢RPP, AC et gestion de groupe partitionnable est implanté et prouvé. Par ailleurs, nous analysons les performances de ♢PPD par simulation

Τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλή λόγω της αυξανόμενης χρήσης κινητών συσκευών. Οι κόμβοι αυτών των δικτύων μπορούν να κινούνται ελεύθερα στον χώρο, έχοντας ταυτόχρονα πολλαπλούς ρόλους αφού μπορούν να λάβουν και να στείλουν πληροφορία προερχόμενη από οποιοδήποτε πόρο του δικτύου. Αυτό σημαίνει ότι ένας κόμβος μπορεί να έχει το ρόλο του αποστολέα, του παραλήπτη και του αναμεταδότη. Η ικανότητα αυτών των δικτύων να αυτοπροσαρμόζονται και να δημιουργούν ένα συνεκτικό δίκτυο μέσω ασύρματων συνδέσεων, τα κάνει κατάλληλα για μια σειρά από εφαρμογές στις οποίες τα άλλα δίκτυα αποτυγχάνουν. Τέτοιες εφαρμογές περιλαμβάνουν τοπολογίες που στήνονται σε συνθήκες έκτακτης ανάγκης, δίκτυα αισθητήρων και γενικά τοπολογίες στις οποίες δεν υπάρχει προκαθορισμένη υποδομή ή η υποδομή που υπήρχε έχει καταστραφεί. Τα ασύρματα κινητά δίκτυα παρέχουν την ελευθερία στους κόμβους να κινηθούν ακόμα και μακρυά από σταθμούς βάσης ή και να αποσυνδεθούν προσωρινά από το υπόλοιπο δίκτυο, με αποτέλεσμα να καθιστούν δύσκολο το πρόβλημα της δρομολόγησης. Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης που έχουν αναπτυχθεί για τέτοιου τύπου δίκτυα επηρεάζουν άμεσα τα χαρακτηριστικά της μετάδοσης δεδομένων και την απόδοση των σχετικών εφαρμογών. Κάθε πρωτόκολλο έχει τη δική του στρατηγική δρομολόγησης έτσι ώστε να καταφέρει να συνδέσει δυο κινητούς κόμβους του δικτύου. Η απόδοση μεταβάλλεται ανάλογα με την κατάσταση του δικτύου και τις επικρατούσες συνθήκες όπως η πυκνότητα των κόμβων σε μια συγκεκριμένη περιοχή, η ταχύτητα και η κατεύθυνση τους. Είναι προφανές ότι η επιλογή του κατάλληλου πρωτοκόλλου δρομολόγησης ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους του δικτύου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Η ενσωμάτωση των κινητών συσκευών σε κινούμενα οχήματα έχει οδηγήσει σε έναν νέο τύπο δικτύων, τα ονομαζόμενα Ad Hoc δίκτυα οχημάτων ή Vehicular Ad hoc Networks (VANETs). Αυτά τα δίκτυα απαιτούν εξειδικευμένα πρωτόκολλα δρομολόγησης εξαιτίας της φύσης των κινητών Ad Hoc δικτύων. Η απόδοση αυτών των πρωτοκόλλων έχει αξιολογηθεί για την περίπτωση της γενικευμένης κίνησης αλλά όχι υπό το πρίσμα της μετάδοσης πολυμέσων και ειδικότερα της μετάδοσης βίντεο. Αρχικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η πραγματοποίηση ενός συνόλου από εξομοιώσεις με στόχο την αξιολόγηση της απόδοσης των τριών από τα πιο δημοφιλή πρωτόκολλα δρομολόγησης για τα κινητά Ad Hoc δίκτυα MANETs και VANETs: AODV, DSR, και OLSR. Ο σκοπός της αξιολόγησης είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των πρωτοκόλλων όταν μεταβάλλεται το πλήθος των ταυτόχρονων μεταδόσεων βίντεο. Οι μετρικές που προτείνονται είναι • το ποσοστό απώλειας πακέτων • η καθυστέρηση από άκρο σε άκρο • η διακύμανση της καθυστέρησης (jitter) • η επιβάρυνση του δικτύου με πακέτα δρομολόγησης Η μετάδοση πολυμέσων μέσα από τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα δεν είναι πάντοτε αποδοτική εξαιτίας των υψηλών απαιτήσεων που υπάρχουν, όπως το υψηλό εύρος ζώνης και οι χαμηλοί χρόνοι καθυστέρησης. Δηλαδή, αυτά τα δίκτυα δεν δείχνουν ικανά να υποστηρίξουν μεταδόσεις πολυμέσων υψηλής ποιότητας και ειδικότερα μεταδόσεις βίντεο. Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύσσεται και παρουσιάζεται ένας διαστρωματικός μηχανισμός για αποδοτική μετάδοση βίντεο πάνω σε ασύρματα Ad Hoc δίκτυα οχημάτων (VANETs). Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από έναν αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού και ανάθεσης προτεραιότητας στο επίπεδο δικτύου. Ακόμα προτείνεται και αξιολογείται η χρήση του προτύπου IEEE 802.11e στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων. Ο αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού και ανάθεσης προτεραιότητας στοχεύει στο να αξιοποιεί την πληροφορία που αφορά στον τύπο των πλαισίων των MPEG-4 βίντεο, με στόχο να παρέχει διαφορετικές προτεραιότητες ανάλογα με τη σημαντικότητα του κάθε πλαισίου. Στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων το πρωτόκολλο IEEE 802.11e προτείνεται να αναθέτει τη μέγιστη προτεραιότητα στα πακέτα βίντεο με στόχο την καλύτερη εξυπηρέτηση των εφαρμογών μετάδοσης πολυμέσων. Αυτή η επιλογή γίνεται για τη μείωση της καθυστέρησης και της απώλειας πακέτων εξαιτίας της κίνησης ανταγωνιστικών δεδομένων. Ο σχεδιασμός που παρουσιάζεται είναι εύκολα ενσωματώσιμος σε κάθε ασύρματο Ad Hoc δίκτυο, σαν επέκταση του δημοφιλούς πρωτοκόλλου δρομολόγησης AODV. Οι εφαρμογές μετάδοσης πολυμέσων συνήθως χρησιμοποιούν το UDP ως πρωτόκολλο μεταφοράς. Με αυτή την επιλογή αποφεύγονται οι καθυστερήσεις που προκαλούνται από αναμεταδόσεις πακέτων και από τους μηχανισμούς ελέγχου συμφόρησης του TCP, αλλά δημιουργούνται δυο σημαντικά προβλήματα. Το πρώτο πρόβλημα έχει να κάνει με τους πιθανούς περιορισμούς εύρους ζώνης με αποτέλεσμα τα πακέτα πολυμέσων να μην ελέγχονται από μηχανισμούς ελέγχου ροής και συμφόρησης, οδηγώντας σε αυξημένη απώλεια πακέτων. Το δεύτερο πρόβλημα είναι σχετικό με τη φιλικότητα προς το TCP πρωτόκολλο. Κάτω υπό ορισμένες συνθήκες, η μετάδοση πακέτων χωρίς κάποιον ελεγκτικό μηχανισμό μπορεί να οδηγήσει σε μια κατάσταση στην οποία οι εφαρμογές του δικτύου που χρησιμοποιούν το TCP να μην εξυπηρετούνται. Στα πλαίσια της εργασίας προτείνονται διαστρωματικές τεχνικές και μηχανισμοί που στοχεύουν στη βελτίωση της μετάδοσης βίντεο, μέσω του πρωτοκόλλου TFRC το οποίο είναι φιλικό ως προς την συνυπάρχουσα TCP κίνηση. Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει μηχανισμούς που δίνουν προτεραιότητα στα πακέτα βίντεο, ενώ παράλληλα αξιοποιούνται πληροφορίες από τα κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI. Συγκεκριμένα, αξιοποιούνται πληροφορίες που συλλέγονται από το στρώμα ζεύξης δεδομένων οι οποίες αφορούν την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος. Ο προτεινόμενος μηχανισμός χρησιμοποιεί τις μετρήσεις της ενέργειας σήματος ως προς τον θόρυβο του καναλιού (SNR) σε όλο το μήκος ενός μονοπατιού, προκειμένου να βελτιώσει την αποδοτικότητα του πρωτοκόλλου δρομολόγησης AODV και συγκεκριμένα τη διαδικασία ανακατασκευής μονοπατιών. Η αξιολόγηση που προτείνεται είναι με εξομοιώσεις στον εξομοιωτή δικτύων ns-2. Συμπερασματικά, στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μετάδοσης πολυμεσικών δεδομένων μέσω διαφόρων πρωτοκόλλων δρομολόγησης σε συνθήκες αστικού περιβάλλοντος. Επίσης, στόχος είναι η μελέτη και η ανάπτυξη διαστρωματικών μηχανισμών προσαρμοστικής μετάδοσης και η πιθανή βελτίωση ή παραμετροποίηση υπαρχόντων μηχανισμών για την αποδοτικότερη μετάδοση πάνω από τα ασύρματα κινητά Ad Hoc δίκτυα. Ο κεντρικός άξονας στην ανάπτυξη αυτών των μηχανισμών στηρίζεται στην παροχή προτεραιότητας στα πακέτα που περιέχουν δεδομένα πολυμέσων, στην ενίσχυση των μηχανισμών ελέγχου ροής και συμφόρησης και στη βελτίωση των πρωτοκόλλων δρομολόγησης αξιοποιώντας στοιχεία του φυσικού δικτύου, με απώτερο στόχο τη βελτίωση της απόδοσης της μετάδοσης πολυμεσικών δεδομένων. / Mobile ad hoc networks (MANETs) are becoming more essential to wireless commu- nications due to growing popularity of mobile devices. The integration of mobile ad hoc devices inside vehicles has led to another type of networks, called Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) which are also becoming important. These networks require specialized routing protocols due to their ad hoc nature. The performance of these pro- tocols has been tested for the case of general traffic but not in respect with to multimedia traffic and especially video transmission. In this work we conduct a number of simulations in order to evaluate the performance of three of the most popular routing protocols for MANETs and VANETs, namely AODV, DSR and OLSR, for different number of simultaneous video transmissions. We use the packet delivery ratio, the end-to-end delay, the packet delay variation (jit- ter) and the routing overhead as evaluation metrics. The results indicate that the DSR protocol outperforms AODV and OLSR in terms of end-to-end delay and packet delay variation and seems to be the most efficient routing protocol when multimedia traffic and especially video traffic is considered. Moreover, we present a cross-layer mechanism for efficient video transmission over this type of networks. The proposed mechanism consists of a priority-scheduling algorithm, at the network layer, and the use of the IEEE 802.11e standard at the MAC layer. The priority-scheduling algorithm takes into account the frame type of the MPEG-4 video file in order to provide different priorities to the most important video packets. At the MAC layer, the IEEE 802.11e protocol assigns the highest priority to video applications to reduce delay and packets losses due to other competing traffic. This design is easily implemented in any ad hoc wireless network as an extension on the AODV MANET routing protocol. Simulation results conducted with the network simulator ns-2 show the advantages of the proposed design. Finally, we propose a cross-layer design that aims to improve the performance of video transmission using TCP Friendly Rate Control (TFRC). Our design provides priority to video packets and exploits information from the MAC layer in order to improve TFRC’s performance. The proposed cross-layer mechanism utilizes Signal to Noise Ratio (SNR) measurements along the routing path, in order to make the route recon- struction procedure more efficient. Simulation results show that both the use of traffic categorization and the SNR utilization lead to important improvements of video trans- mission over the mobile Ad hoc network. More specifically, simulations indicate in- creased average Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) for the received video, increased throughput and packet delivery ration, as well as reduced average end-to-end delay.

No description available.

Mobile Ad-hoc network (MANET) is a collection of mobile nodes which communicate over wireless channels without any centralized control or existing infrastructure. The freely movement of nodes allow them to join or leave the network independently. Due to node mobility, wireless channels and limited resources makes the provision of Quality of Services (QoS) in MANETs very challenging. With the emerging use of multimedia applications over MANETs which requires different types of QoS provision from the networks. The Admission Control (AC) and QoS-Aware routing (QAR) protocols have made a progress in provision of QoS up to some extents. In this thesis, various AC and QAR protocols are reviewed and their characteristics and limitations are identified. We also make a comparison between DSR and AODV routing protocols in different network scenarios. / The literature study shows that the performance of network layer best-effort protocols has been improved with the use of QAR and AC protocols to sustain the QoS requirements of the applications. In current literature AC and QAR protocols are satisfying single metric of QoS. At the same time different applications such as multimedia applications which require various types of assurance from the network on the Quality of services (QoS) The simulation results show that DSR performance is better than AODV when we have less traffic load.

No / The FIRE trust and reputation model is a de-centralized trust model that can be applied for trust management in unstructured Peer-to-Peer (P2P) overlays. The FIRE model does not, however, consider malicious activity and possible collusive behavior in nodes of network and it is therefore susceptible to collusion attacks. This investigation reveals that FIRE is vulnerable to lying and cheating attacks and presents a trust management approach to detect collusion in direct and witness interactions among nodes based on colluding node's history of interactions. A witness ratings based graph building approach is utilized to determine possibly collusive behavior among nodes. Furthermore, various interaction policies are defined to detect and prevent collaborative behavior in colluding nodes. Finally a multidimensional trust model FIRE+ is devised for avoiding collusion attacks in direct and witness based interactions. The credibility of the proposed trust management scheme as an enhancement of the FIRE trust model is verified by extensive simulation experiments.

Mobile Ad hoc Networks (MANETs) are of great interest to researchers and have become very popular in the last few years. One of the great challenges is to provide a routing protocol that is capable of offering the shortest and most reliable path in a MANET in which users are moving continuously and have no base station to be used as a reference for their position. This thesis proposes some new routing protocols based on the angles (directions) of the adjacent mobile nodes and also the node density. In choosing the next node in forming a route, the neighbour node with the closest heading angle to that of the node of interest is selected, so the connection between the source and the destination consists of a series of nodes that are moving in approximately the same direction. The rationale behind this concept is to maintain the connection between the nodes as long as possible. This is in contrast to the well known hop count method, which does not consider the connection lifetime. We propose three enhancements and modifications of the Ad-hoc on demand distance vector (AODV) protocol that can find a suitable path between source and destination using combinations and prioritization of angle direction and hop count. Firstly, we consider that if there are multiple routing paths available, the path with the minimum hop count is selected and when the hop counts are the same the path with the best angle direction is selected. Secondly, if multiple routing paths are available the paths with the best angle direction are chosen but if the angles are the same (fall within the same specified segment), the path with minimum hop count is chosen. Thirdly, if there is more than one path available, we calculate the average of all the heading angles in every path and find the best one (lowest average) from the source to the destination. In MANETs, flooding is a popular message broadcasting technique so we also propose a new scheme for MANETS where the value of the rebroadcast packets for every host node is dynamically adjusted according to the number of its neighbouring nodes. A fixed probabilistic scheme algorithm that can dynamically adjust the rebroadcasting probability at a given node according to its ID is also proposed; Fixed probabilistic schemes are one of the solutions to reduce rebroadcasts and so alleviate the broadcast storm problem. Performance evaluation of the proposed schemes is conducted using the Global Mobile Information System (GloMoSim) network simulator and varying a number of important MANET parameters, including node speed, node density, number of nodes and number of packets, all using a Random Waypoint (RWP) mobility model. Finally, we measure and compare the performance of all the proposed approaches by evaluating them against the standard AODV routing protocol. The simulation results reveal that the proposed approaches give relatively comparable overall performance but which is better than AODV for almost all performance measures and scenarios examined.

No description available.