No / The emphasis of this paper is on investigating the performance of signalling protocols designed for a mobility management scheme, which uses Mobile IP for inter-segment mobility in a hybrid space and terrestrial environment. Initially, the system architecture, which consists of three wireless access networks attached to an IP backbone, is presented. This is followed by a description of the proposed mobility procedures employed in the system, which aim at minimising modifications to existing satellite and terrestrial network protocols. The mobility procedures are simulated in order to evaluate their performance and determine their effectiveness in an operational environment. Results verify the efficiency of the protocols and show that the additional signalling time introduced by the procedures is minimal.

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Technological advancements have led to an increase in the number of wireless and mobile devices such as PDAs, laptops and smart phones. This has resulted in an ever- increasing demand for wireless access to the Internet. Hence, wireless mobile traffic is expected to form a significant fraction of Internet traffic in the near future, over the so-called Mobile Internet Protocol (MIP) networks. For real-time applications, such as voice, video and process monitoring and control, deployed over standard IP networks, network resources must be properly allocated so that the mobile end-user is guaranteed a certain Quality of Service (QoS). As with the wired and fixed IP networks, MIP networks do not offer any QoS guarantees. Such networks have been designed for non-real-time applications. In attempts to deploy real-time applications in such networks without requiring major network infrastructure modifications, the end-points must provide some level of QoS guarantees. Such QoS guarantees or QoS control, requires ability of predictive capabilities of the end-to-end flow characteristics. In this research network flow accumulation is used as a measure of end-to-end network congestion. Careful analysis and study of the flow accumulation signal shows that it has long-term dependencies and it is very noisy, thus making it very difficult to predict. Hence, this work predicts the moving average of the flow accumulation signal. Both single-step and multi-step predictors are developed using linear system identification techniques. A multi-step prediction error of up to 17% is achieved for prediction horizon of up to 0.5sec. The main thrust of this research is on the impact of wireless losses on the ability to predict end-to-end flow accumulation. As opposed to wired, congestion related packet losses, the losses occurring in a wireless channel are to a large extent random, making the prediction of flow accumulation more challenging. Flow accumulation prediction studies in this research demonstrate that, if an accurate predictor is employed, the increase in prediction error is up to 170% when wireless loss reaches as high as 15% , as compared to the case of no wireless loss. As the predictor accuracy in the case of no wireless loss deteriorates, the impact of wireless losses on the flow accumulation prediction error decreases.

Les systèmes de transport intelligents coopératifs permettent la communication des véhicules entre eux ainsi qu'avec l'infrastructure, afin d'assurer la disponibilité des informations d'une manière plus fiable sur les véhicules, leurs positions et les conditions de la route. Cet échange d'informations pertinentes permet d'améliorer la sécurité routière, réduire les incidents du trafic et d'assurer l'efficacité de la mobilité des véhicules. IEEE 802.11p est standardisé comme la technologie par défaut pour les communications des véhicules. Dans ce contexte, le standard européen ETSI s'attaque en particulier aux applications de la sécurité routière. Pour ce faire, il standardise plusieurs types de messages comme CAM (Cooperative Awareness Message) et DENM (Decentralised Event Notification Message). Les CAMs sont des messages de diffusion à un seul-saut, envoyés par chaque véhicule contenant des informations sur sa position, sa vitesse, sa direction, etc., afin d'assurer une coopération lucide entre les autres usagers de la route (y compris les véhicules). Les DENMs sont envoyés à la détection d'un événement sur la route, comme le cas d'un accident, embouteillages, etc. Si nécessaire, une communication multi-saut, exploitant des algorithmes de routage standardisés, est mise en {oe}uvre pour disséminer ces messages au-delà de la portée du transmetteur. La faiblesse de 802.11p réside dans la congestion du canal radio due à la bande passante limitée (5.9 GHz). Afin de pallier à cela, ETSI a proposé un cadre pour le contrôle de la congestion appelé DCC (Distributed Congestion Control). Celui-ci permet l'échange d'informations, en particulier l'état du canal radio, entre les couches de la pile protocolaire. Ainsi, chaque protocole de communication contrôle ses propres paramètres pour éviter la congestion du canal. Par ailleurs beaucoup d'approches de contrôle de la congestion DCC existent pour les messages CAM tel que le contrôle de la période de génération des CAMs sur la couche Facilities. La puissance de transmission ou le débit sur la couche Accès, etc. En revanche, peu de travaux ont été faits sur DENMs. A cet égard, nous avons proposé une approche DCC sur la couche GeoNetworking qui contrôle les paramètres de routage en se basant sur l'état du canal radio. Une évaluation du dual-DCC, à savoir CAM sur Facilities et DENM sur GeoNet, a démontré l'efficacité de l'approche proposée. En outre, certaines applications tel que la gestion d'une flotte de véhicules, ont besoin d'un centre de contrôle localisé sur Internet qui communique avec la flotte. Pour ce type d'échange, une communication hybride (IP et Géo) est nécessaire. De plus pour assurer la fluidité de la communication, la gestion de la mobilité est primordiale. Tout en restant dans le cadre de l'architecture Mobile IP, nous proposons notre approche d'adressage qui constitue une adresse IP routable avec une adresse GeoNetworking, ce qui permet de traiter le problème d'accessibilité des véhicules en mouvement sur la route à partir d'une entité située sur Internet. Contrairement à Mobile IP, notre approche permet de réduire la surcharge de la signalisation. Et cela grâce au partitionnement de la route en zones de routage (RA) de telle sorte que l'accès à Internet se fait via une passerelle RSU-FA qui contrôle la RA. Chaque RA regroupe un certain nombre de RSUs. / Cooperative intelligent transport systems allow vehicles to communicate with each other as well as with the infrastructure in order to ensure the availability of information more reliably on vehicles, their positions and road conditions. This exchange of relevant information improves road safety, reduces traffic incidents and ensures efficient mobility of vehicles. IEEE 802.11p is standardized as the default technology for vehicle communications. In this context, the European ETSI standard addresses in particular road safety applications. To do this, it standardizes several types of messages such as CAM (Cooperative Awareness Message) and DENM (Decentralized Event Notification Message). CAMs are single-hop broadcast messages, sent by each vehicle containing information on its position, speed, direction, etc., in order to ensure lucid cooperation between other road users (including vehicles). The DENMs are sent when there is a detection of an event on the road, as in the case of an accident, traffic jams, etc. If necessary, multi-hop communication, using standardized routing algorithms, is implemented to disseminate these messages beyond the scope of the transmitter. The weakness of 802.11p lies in congestion of the radio channel due to the limited bandwidth (5.9 GHz). In order to compensate for this, ETSI proposed a framework for congestion control called DCC (Distributed Congestion Control). This allows the exchange of information, in particular the state of the radio channel, between the layers of the protocol stack. Thus, each communication protocol controls its own parameters to avoid congestion of the channel. In addition, many DCC congestion control approaches exist for CAM messages such as the control of the CAM generation period on the Facilities layer. Transmission power or data rate on the Access layer, etc. On the other hand, little works have been done on DENMs. In this regard, we proposed a DCC approach on the GeoNetworking layer which controls the routing parameters based on the state of the radio channel. An evaluation of the dual-DCC, namely CAM on Facilities and DENM on GeoNet, demonstrated the effectiveness of the proposed approach. In addition, some applications such as managing a fleet of vehicles require a localized control center that communicates with the fleet. For this type of exchange, a hybrid communication (IP and Geo) is necessary. Moreover, to ensure the fluidity of communication, the management of mobility is paramount. While remaining within the framework of the Mobile IP architecture, we propose our approach of addressing which constitutes a routable IP address with a geonetworking address, which makes it possible to deal with the problem of accessibility of vehicles moving on the road from of an entity on the Internet. Unlike Mobile IP, our approach reduces the overhead of signaling. This is done by partitioning the road into routing area (RA) in such a way that the access to the Internet is via a RSU-FA gateway that controls the RA. Each RA regroups a number of RSUs.

Approved for public release, distribution is unlimited / With the rapidly growing demand for portable devices such as laptops, handheld computers and Personal Digital Assistants (PDAs) with wireless networking capabilities, the need for reliable wireless data network communication has also increased. Just like in mobile voice communication, users demand uninterrupted, secure wireless data communication as they move from place to place. Mobile IP satisfies some of these demands - it enables mobile devices with fixed IP addresses to be permanently reachable even as their point of attachment to the network changes. This allows for routing of data packets to and from the mobile device irrespective of its location on the network. While uninterrupted data flow can be achieved with Mobile IP, it introduces additional security vulnerabilities, including data privacy, data integrity and authentication. The goal of this thesis is to investigate such vulnerabilities and explore implementations to overcome them. / Civilian, National Science Foundation

Le support de la mobilité dans les protocoles réseaux existants est devenu primordial, à cause du nombre croissant d'utilisateurs de terminaux mobiles désirant garder une connexion constante au réseau, tout en se déplaçant librement à travers des segments de réseaux d'accès sans fil hétérogènes. Le protocole de routage dominant dans les architectures réseaux filaires est IP "Internet protocole". Ce protocole est en passe de dominer aussi le mode des réseaux sans fils. Ainsi, il est naturel d'introduire des mécanismes de gestion de mobilité basés sur IP, dont un processus de handover (passage d'une point d'accès radio à une autre point) efficace et flexible afin de garantir aux utilisateurs une qualité de service minimale de transmission des donnés. En effet, un handover inefficace génère de la latence, de la gigue et des pertes de paquets. La transmission des données est affectée et dégrade la qualité de services de l'application utilisant les services du réseau. Dans cette thèse, nous examinons et analysons d'abord la complexité et l'efficacité des principales techniques de handover et de gestion de mobilité basée sur IP. Les résultats de cette analyse seront ensuite exploités pour présenter finalement notre proposition de soft handover basé sur IPv6. Cette solution permettra l'extension de mobile IPv6 avec une gestion efficace, transparente et locale du multihoming. Bien sur la duplication des flux est bidirectionnel entre le réseau et le mobile et permet un changement de point d'accès au réseau sans perte de données. Nous analysons ensuite les performances de notre approche à travers des résultats de simulations. Ces simulations sont effectuées dans un simulateur développé par notre équipe nommé Gemini2. Cette partie inclut également une comparaison des performances par rapport au fast handover bicasting et Mobile IPv6 basique. Finalement, le dernier chapitre de la thèse inclut notre expérience de l'implémentation d'un prototype mobile multi interfaces et un testbed mobile IPv6 soft handover. Cette implémentation a comme but principal la validation de nos travaux. Ce banc de test nous permettra, en plus, d'analyser les performances du soft handover dans des conditions réelles et avec différents types d'applications et de flux multimédia.

Dans cette thèse, nous proposons différents mécanismes de gestion de la mobilité et de support de qualité de service (QoS) dans les réseaux cellulaires tout-IP. Avant d'entamer nos travaux de recherche, nous examinons et analysons tout d'abord l'architecture des réseaux mobiles tout-IP ainsi que la complexité et les problèmes liés aux performances des protocoles de macro- et micro-mobilité existants. Les résultats de cette analyse seront ensuite exploités pour présenter et discuter nos propositions. L'objectif recherché est d'assurer, au moindre coût, le meilleur support de la mobilité et d'offrir les garanties de QoS exigées par les applications temps réel. Notre solution de base, intitulée ``Micro Mobile MPLS'', repose sur l'intégration du protocole Mobile IP hiérarchique avec le protocole de commutation de labels (MPLS). Outre le support de la QoS, notre architecture est flexible, scalable (résiste au passage à l'échelle) et supporte les modèles Diffserv et Intserv. En effet, les chemins ou LSPs (Label witched Paths) peuvent être établis soit à l'avance par provisioning (on parle dans ce cas de LSPs statiques), soit dynamiquement sur demande (on parle dans ce cas de LSPs dynamiques). Dans un second temps, nous exposons trois variantes protocolaires proposées pour compléter notre solution de base ``Micro Mobile MPLS''. La première variante, intitulée ``FH-Micro Mobile MPLS'', supporte le fast handover pour réduire les perturbations des communications en cours en minimisant le temps de handover. La deuxième variante, intitulée ``FC-Micro Mobile MPLS'', est basée sur une suite de chemins construits dynamiquement pour réduire le coût de signalisation lors des mises à jour de localisation. En effet, en utilisant ce mécanisme, le terminal mobile a la capacité de s'enregistrer auprès de son ancien sous-réseau au lieu du noeud d'entrée du domaine formant ainsi une suite de chemins de tous les sous-réseaux visités. Enfin, la troisième variante protocolaire, intitulée ``MFC-Micro Mobile MPLS'', propose de réduire la charge de signalisation au sein du réseau d'accès en contrôlant dynamiquement le nombre des mises à jour de localisation auprès du noeud d'entrée du domaine. Ceci permet d'assurer une flexibilité et une adaptabilité optimales, en tenant compte des caractéristiques du réseau et de la mobilité des utilisateurs. Tout au long de ce travail, des études de performances, basée sur des analyses théoriques et également sur des simulations ont été réalisées afin d'évaluer l'efficacité de nos propositions. Des modèles de mobilité basés sur des chaînes de Markov sont développés en adoptant des configurations cellulaires à une dimension (1-D) et à deux dimensions (2-D). Les critères de performances utilisés correspondent au coût d'utilisation des liens, au coût de signalisation lors des mises à jour de localisation ou encore coût d'enregistrement, à la latence d'un handover et au taux de perte des paquets. Les résultats de cette analyse ont montré une nette amélioration du délai de handover et du taux de perte des paquets ainsi qu'une réduction importante du coût de signalisation permettant par ailleurs de garantir une bonne qualité de service pour les applications temps réel.

Expanding the global Internet to include mobile devices is an exciting area of current research. Because of the vast size of the Internet, and because the protocols in it are already widely deployed, mobile devices must inter-operate with those protocols. Although most of the incompatiblities with mobiles have been solved, the protocols that deliver data reliably, and that account for the majority of Internet traffic, perform very poorly. A change in location causes a disruption in traffic, and disruption is dealt with by algorithms tailored only for stationary hosts. The Transmission Control Protocol (TCP) is the predominant transport-layer protocol in the Internet. In this thesis, we look at the performance of TCP in mobile environments. We provide a complete explanation for poor performance; we conduct a large number of experiments, simulations, and analyses that prove and quantify poor performance;and we propose simple and scalable solutions that address the limitations.

Expanding the global Internet to include mobile devices is an exciting area of current research. Because of the vast size of the Internet, and because the protocols in it are already widely deployed, mobile devices must inter-operate with those protocols. Although most of the incompatiblities with mobiles have been solved, the protocols that deliver data reliably, and that account for the majority of Internet traffic, perform very poorly. A change in location causes a disruption in traffic, and disruption is dealt with by algorithms tailored only for stationary hosts. The Transmission Control Protocol (TCP) is the predominant transport-layer protocol in the Internet. In this thesis, we look at the performance of TCP in mobile environments. We provide a complete explanation for poor performance; we conduct a large number of experiments, simulations, and analyses that prove and quantify poor performance;and we propose simple and scalable solutions that address the limitations.