Thesis (M.S. in Computer Science)--Naval Postgraduate School, March 2003. / Thesis advisor(s): Ted Lewis, Geoffrey Xie, Gurminder Singh. Includes bibliographical references (p. 89). Also available online.

As users become more comfortable using IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks, the need for quality of service is becoming more important because of the lack of support in current standards and the increase of multimedia traffic over the Internet. The IEEE 802.11 working group has recognized this fact proposing the Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), a priority-based distributed scheme meant to provide service differentiation. EDCA relies on either different Arbitrary Interframe Space (AIFS), or Contention Window (CW) parameters, or both to provide service differentiation. In this thesis, a performance evaluation of the EDCA using five different combinations of the above mentioned parameters is included and compared to the current DCF (Distributed Coordination Function) standard, which is used as the base case. Simulation results show that simpler schemes based on one parameter alone can provide good average service differentiation. However, only multiparameter schemes provide the average and instantaneous high throughput and low delay values needed to support streaming applications. Starvation is a problem spanning all these schemes. It is especially more pronounced in schemes using combinations of parameters. In this thesis, a measurement-based admission control mechanism is proposed to overcome the above stated problems. The admission control mechanism uses an algorithm that admits a flow depending on the jitter values for high priority traffic and the throughput of the low priority traffic. It also allows the administrator to set the bandwidth sharing policy between the high priority traffic and low priority traffic. Results show that the admission control mechanism not only protects existing high priority flows from jitter and low priority flows from starvation, but also improves upon the network utilization.

Not available / text

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第19128号 / 情博第574号 / 新制||情||101 / 32079 / 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻 / (主査)教授 守倉 正博, 教授 高橋 達郎, 教授 梅野 健 / 学位規則第4条第1項該当

M. Tech. Electrical Engineering. / Discusses the performance of CRs that can be hampered by the environment, modulation schemes and how they can be selected based on the current environment i.e link adaptation, bandwidth efficient schemes and those that are prone to noise, formulate a set of decisions and actions based on the knowledge about the current environment and its effects on propagation and how to use a game theoretic approach for fair use of the spectrum.

M. Tech. Electrical Engineering. / Discusses the transport of real time data in WMNs as a challenging problem. The main cause of this problem is transport layer protocols. These protocols have traditionally been used successfully for wired networks. However, their raw implementation in wireless networks has proven to be inefficient, since wireless channels are characterized by a higher Bit Error Rate (BER), Packet Loss Rate (PLR), interference, bandwidth limitations and mobility when compared to wired network channels. Thus, for the efficient transport of real time video in WMNs, transport protocols need to be adapted to be adapted to wireless networks since they were not originally developed for this application.

Les réseaux sans fil sont en plein développement du fait de la flexibilité de leur interface, qui permet aux utilisateurs de se communiquer directement entre eux ou de se connecter facilement à Internet en onde radio sans mettre en place préalablement d'infrastructures lourdes, telles que des câbles filaires. Parmi les différentes technologies de réseaux sans fil, l'IEEE 802.11/Wi-Fi est devenu une technologie plus connue et plus utilisée pour construire des réseaux sans fil à haut débit dans une zone à forte concentration d'utilisateurs, telle que les aéroports, les campus ou les sites industriels. L'engouement pour les réseaux sans fil et notamment pour les réseaux Wi-Fi a fait émerger de nouvelles nécessités, tel que se déplace dans les réseaux sans fil tout en restant connecté à Internet. Dans les réseaux sans fil, le déplacement d'un utilisateur implique parfois un changement de Point d'accès (AP) au réseau. On désigne généralement ce fait un handover de niveau 2, du fait que le changement d'AP n'implique que les deux premières couches du modèle OSI. Si les deux APs se situent dans des réseaux différents, le changement d'AP implique aussi le changement de réseau pour cet utilisateur. On dénomme généralement cette situation un handover de niveau 3, par le fait que cet utilisateur devrait changer son réseau d'attachement et son adresse IP pour maintenir la connexion à Internet et que ce changement intervient sur la couche réseau du model OSI. La procédure du handover de niveau 2 dans les réseaux Wi-Fi est gérée par la norme IEEE 802.11 et celle de niveau 3 est gérée par le protocole IP Mobile. Le protocole IP Mobile est un protocole standardisé par l'IETF qui permet à l'utilisateur de maintenir ses communications en cours et de rester connecté à Internet tout en masquant d'une manière transparente le changement de réseau. Ainsi, l'utilisateur peut se déplace dans les réseaux Wi-Fi tout en maintenant les communications en cours et restant connecté à Internet grâce à la norme IEEE 802.11 et au protocole IP Mobile. Cependant, le délai introduit par ces deux procédures du handover est trop long, les communications en cours sont interrompus pendant ces procédures, naturellement, cela ne peut pas répondre aux exigences qualitatives des applications temps réel comme la vidéo conférence ou la voix sur IP. Diverses propositions qui ont été faites pour réduire le délai de ces procédures du handover et améliorer leur performance. Cependant, ces propositions sont soit imparfaites, soit non-implémentables à cause de leur complexité. En partant du principe que les réseaux Wi-Fi et les routeurs d'accès sont déjà massivement implantés dans le monde universitaire et dans les entreprises, nous proposons d'ajouter une nouvelle fonctionnalité, appelé E-HCF (Extended Handover Control Function) dans un routeur sans modifier les autres équipements du réseau. Le routeur pourvu de cette fonctionnalité est dénommé le routeur E-HCF. Pour réduire le délai des procédures du handover, la fonctionnalité E-HCF permet au routeur de générer une topologie des APs en utilisant la théorie des graphes de voisinage et de maintenir un pool d'adresses IP disponibles dans sa base de données. Quand le Nœud mobile (MN) a besoin de changer son AP, le routeur E-HCF peut proposer au MN une liste des APs potentiellement utilisables qui sont choisis et classés par un algorithme de sélection et de classement que nous avons élaboré dans la thèse. Si le changement d'AP implique un changement de réseau, le MN doit changer d'adresse IP. Dans ce cas, le routeur E-HCF peut attribuer une adresse IP unique à ce MN. Le MN peut donc utiliser cette adresse sans exécuter la phase d'Auto-configuration d'adresses ni exécuter la procédure de Détection d'adresse dupliquée. Avec cette nouvelle fonctionnalité E-HCF, nous pouvons réduire le délai des procédures du handover de quelques secondes à une centaine de millisecondes. Pour réduire la perte de paquets due aux procédures du handover, nous proposons de modifier le protocole IPv6 Mobile. Le MN met fin à l'association entre son adresse mère et son adresse temporaire avec l'Agent mère (HA) et le Nœud correspondant (CN) avant de procéder la procédure du handover. Par ce moyen, le HA peut intercepter les paquets destinés à l'adresse mère du MN et les garder dans son mémoire tampon. Une fois le MN met à jour l'association entre son adresse mère et sa nouvelle adresse temporaire avec le HA, le HA peut envoyer les paquets stockés dans son mémoire de tampon au MN. Il intercepte et redirige également les paquets du CN ou du MN vers la nouvelle adresse temporaire du MN ou vers les adresses du CN respectivement pendant la phase de mise à jour d'association. Avec cette méthode, nous pouvons limiter la perte de paquets et garantir un délai acceptable. Pour étayer notre proposition, nous avons utilisé le simulateur OPNET pour simuler le déroulement des procédures du handover dans les réseaux Wi-Fi géré par la méthode E-HCF et celui géré par le protocole IPv6 Mobile. Les résultats obtenus montrent qu'avec notre méthode E-HCF, nous pouvons garantir un délai acceptable et limiter la perte des paquets. Ensuite, nous avons également validé notre méthode E-HCF avec la norme IEEE 802.11e qui supporte la Qualité de Service (QoS). Avec le support de QoS, les résultats obtenus par simulation illustrent les améliorations des performances significatives pour les communications de bout en bout dans les réseaux chargés. Nos travaux de recherche ont donné lieu à trois publications dans les conférences internationales et un article dans la revue internationale (Voir Index)

En esta tesis se tiene pensado explicar el diseño e implementación que se debería de llevar a cabo dentro de un escenario dado para la instalación de una red inalámbrica segura que contemple la administración de sus usuarios por medio de una plataforma de gestión Web basada en PHP, integrada a un servidor de directorios LDAP con compatibilidad hacia implementaciones libres y cerradas de dicho protocolo, un servidor de autenticación RADIUS y un servidor de base de datos MySQL. Se estudiarán los principales aspectos aplicados en redes inalámbricas WiFi, poniendo especial énfasis en la seguridad de la red y de sus usuarios con mecanismos tales como: WPA2 (IEEE 802.11i), 802.1X, EAP, RADIUS, entre otros.

Conventional Wi-Fi location estimation techniques using radio fingerprinting typically require a lengthy initial site survey. It is suggested that the lengthy site survey is a barrier to adoption of the radio fingerprinting technique. This research investigated two methods for reducing or eliminating the site survey and instead build the radio map on-the-fly. The first approach utilized a deterministic algorithm to predict the user's location near each access point and subsequently construct a radio map of the entire area. This deterministic algorithm performed only fairly and only under limited conditions, rendering it unsuitable for most typical real-world deployments. Subsequently, a probabilistic algorithm was developed, derived from a robotic mapping technique called simultaneous localization and mapping. The standard robotic algorithm was augmented with a modified particle filter, modified motion and sensor models, and techniques for hardware-agnostic radio measurements (utilizing radio gradients and ranked radio maps). This algorithm performed favorably when compared to a standard implementation of the radio fingerprinting technique, but without needing an initial site survey. The algorithm was also reasonably robust even when the number of available access points were decreased.

Doctor of Philosopy (PhD) / Wireless communication always attracts extensive research interest, as it is a core part of modern communication technology. During my PhD study, I have focused on two research areas of wireless communication: IEEE 802.11 network performance analysis, and wireless cooperative retransmission. The first part of this thesis focuses on IEEE 802.11 network performance analysis. Since IEEE 802.11 technology is the most popular wireless access technology, IEEE 802.11 network performance analysis is always an important research area. In this area, my work includes the development of three analytical models for various aspects of IEEE 802.11 network performance analysis. First, a two-dimensional Markov chain model is proposed for analysing the performance of IEEE 802.11e EDCA (Enhanced Distributed Channel Access). With this analytical model, the saturated throughput is obtained. Compared with the existing analytical models of EDCA, the proposed model includes more correct details of EDCA, and accordingly its results are more accurate. This better accuracy is also proved by the simulation study. Second, another two-dimensional Markov chain model is proposed for analysing the coexistence performance of IEEE 802.11 DCF (Distributed Coordination Function) and IEEE 802.11e EDCA wireless devices. The saturated throughput is obtained with the proposed analytical model. The simulation study verifies the proposed analytical model, and it shows that the channel access priority of DCF is similar to that of the best effort access category in EDCA in the coexistence environment. The final work in this area is a hierarchical Markov chain model for investigating the impact of data-rate switching on the performance of IEEE 802.11 DCF. With this analytical model，the saturated throughput can be obtained. The simulation study verifies the accuracy of the model and shows the impact of the data-rate switching under different network conditions. A series of threshold values for the channel condition as well as the number of stations are obtained to decide whether the data-rate switching should be active or not. The second part of this thesis focuses on wireless cooperative retransmission. In this thesis, two uncoordinated distributed wireless cooperative retransmission strategies for single-hop connection are presented. In the proposed strategies, each uncoordinated cooperative neighbour randomly decide whether it should transmit to help the frame delivery depending on some pre-calculated optimal transmission probabilities. In Strategy 1, the source only transmits once in the first slot, and only the neighbours are involved in the retransmission attempts in the subsequent slots. In Strategy 2, both the source and the neighbours participate in the retransmission attempts. Both strategies are first analysed with a simple memoryless channel model, and the results show the superior performance of Strategy 2. With the elementary results for the memoryless channel model, a more realistic two-state Markov fading channel model is used to investigate the performance of Strategy 2. The simulation study verifies the accuracy of our analysis and indicates the superior performance of Strategy 2 compared with the simple retransmission strategy and the traditional two-hop strategy.