Medium Access Control Protocols for Ad-Hoc Wireless Networks: A Survey

Studies of ad hoc wireless networks are a relatively new field gaining more popularity for various new applications. In these networks, the Medium Access Control (MAC) protocols are responsible for coordinating the access from active nodes. These protocols are of significant importance since the wireless communication channel is inherently prone to errors and unique problems such as the hidden-terminal problem, the exposed-terminal problem, and signal fading effects. Although a lot of research has been conducted on MAC protocols, the various issues involved have mostly been presented in isolation of each other. We therefore make an attempt to present a comprehensive survey of major schemes, integrating various related issues and challenges with a view to providing a big-picture outlook to this vast area. We present a classification of MAC protocols and their brief description, based on their operating principles and underlying features. In conclusion, we present a brief summary of key ideas and a general direction for future work

MAC Protocols for Wireless Mesh Networks with Multi-beam Antennas: A Survey

Multi-beam antenna technologies have provided lots of promising solutions to many current challenges faced in wireless mesh networks. The antenna can establish several beamformings simultaneously and initiate concurrent transmissions or receptions using multiple beams, thereby increasing the overall throughput of the network transmission. Multi-beam antenna has the ability to increase the spatial reuse, extend the transmission range, improve the transmission reliability, as well as save the power consumption. Traditional Medium Access Control (MAC) protocols for wireless network largely relied on the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function(DCF) mechanism, however, IEEE 802.11 DCF cannot take the advantages of these unique capabilities provided by multi-beam antennas. This paper surveys the MAC protocols for wireless mesh networks with multi-beam antennas. The paper first discusses some basic information in designing multi-beam antenna system and MAC protocols, and then presents the main challenges for the MAC protocols in wireless mesh networks compared with the traditional MAC protocols. A qualitative comparison of the existing MAC protocols is provided to highlight their novel features, which provides a reference for designing the new MAC protocols. To provide some insights on future research, several open issues of MAC protocols are discussed for wireless mesh networks using multi-beam antennas.Comment: 22 pages, 6 figures, Future of Information and Communication Conference (FICC) 2019, https://doi.org/10.1007/978-3-030-12388-8_

Link Availability Aware Routing Metric For Wireless Mesh Networks

International audienceThis paper investigates the design of effective routing metrics in the purpose of network resources optimization and the satisfaction of users QoS requirements. Using several real experiments, we point out the shortcoming of the Expected Transmission Count (ETX) metric for eventual optimizations towards a more efficient routing. Experiments were carried out into an heterogeneous IEEE 802.11n based network running with OLSR routing protocol and have shown that ETX presents several shortcoming resulting in inaccurate estimation of the link quality and then of the routing decision. This paper presents improvements of the ETX metric based on link availibility for accurately finding high-throughput paths in multihop wireless mesh networks

Design and evaluation of wireless dense networks : application to in-flight entertainment systems

Le réseau sans fil est l'un des domaines de réseautage les plus prometteurs avec des caractéristiques uniques qui peuvent fournir la connectivité dans les situations où il est difficile d'utiliser un réseau filaire, ou lorsque la mobilité des nœuds est nécessaire. Cependant, le milieu de travail impose généralement diverses contraintes, où les appareils sans fil font face à différents défis lors du partage des moyens de communication. De plus, le problème s'aggrave avec l'augmentation du nombre de nœuds. Différentes solutions ont été introduites pour faire face aux réseaux très denses. D'autre part, un nœud avec une densité très faible peut créer un problème de connectivité et peut conduire à l'optension de nœuds isolés et non connectes au réseau. La densité d'un réseau est définit en fonction du nombre de nœuds voisins directs au sein de la portée de transmission du nœud. Cependant, nous croyons que ces métriques ne sont pas suffisants et nous proposons une nouvelle mesure qui considère le nombre de voisins directs et la performance du réseau. Ainsi, la réponse du réseau, respectant l'augmentation du nombre de nœuds, est considérée lors du choix du niveau de la densité. Nous avons défini deux termes: l'auto-organisation et l'auto-configuration, qui sont généralement utilisés de façon interchangeable dans la littérature en mettant en relief la différence entre eux. Nous estimons qu'une définition claire de la terminologie peut éliminer beaucoup d'ambiguïté et aider à présenter les concepts de recherche plus clairement. Certaines applications, telles que Ies systèmes "In-Flight Entertainment (IFE)" qui se trouvent à l'intérieur des cabines d'avions, peuveut être considérées comme des systèmes sans fil de haute densité, même si peu de nœuds sont relativement présents. Pour résoudre ce problème, nous proposons une architecture hétérogène de différentes technologies à fin de surmonter les contraintes spécifiques de l'intérieur de la cabine. Chaque technologie vise à résoudre une partie du problème. Nous avons réalisé diverses expérimentations et simulations pour montrer la faisabilité de l'architecture proposée. Nous avons introduit un nouveau protocole d'auto-organisation qui utilise des antennes intelligentes pour aider certains composants du système IFE; à savoir les unités d'affichage et leurs systèmes de commande, à s'identifier les uns les autres sans aucune configuration préliminaire. Le protocole a été conçu et vérifié en utilisant le langage UML, puis, un module de NS2 a été créé pour tester les différents scénarios.Wireless networking is one of the most challenging networking domains with unique features that can provide connectivity in situations where it is difficult to use wired networking, or when ! node mobility is required. However, the working environment us! ually im poses various constrains, where wireless devices face various challenges when sharing the communication media. Furthermore, the problem becomes worse when the number of nodes increase. Different solutions were introduced to cope with highly dense networks. On the other hand, a very low density can create a poor connectivity problem and may lead to have isolated nodes with no connection to the network. It is common to define network density according to the number of direct neighboring nodes within the node transmission range. However, we believe that such metric is not enough. Thus, we propose a new metric that encompasses the number of direct neighbors and the network performance. In this way, the network response, due to the increasing number of nodes, is considered when deciding the density level. Moreover, we defined two terms, self-organization and self-configuration, which are usually used interchangeably in the literature through highlighting the difference ! between them. We believe that having a clear definition for terminology can eliminate a lot of ambiguity and help to present the research concepts more clearly. Some applications, such as In-Flight Entertainment (IFE) systems inside the aircraft cabin, can be considered as wirelessly high dense even if relatively few nodes are present. To solve this problem, we propose a heterogeneous architecture of different technologies to overcome the inherited constrains inside the cabin. Each technology aims at solving a part of the problem. We held various experimentation and simulations to show the feasibility of the proposed architecture

Mobile Ad hoc Networking: Imperatives and Challenges

Mobile ad hoc networks (MANETs) represent complex distributed systems that comprise wireless mobile nodes that can freely and dynamically self-organize into arbitrary and temporary, "ad-hoc" network topologies, allowing people and devices to seamlessly internetwork in areas with no pre-existing communication infrastructure, e.g., disaster recovery environments. Ad hoc networking concept is not a new one, having been around in various forms for over 20 years. Traditionally, tactical networks have been the only communication networking application that followed the ad hoc paradigm. Recently, the introduction of new technologies such as the Bluetooth, IEEE 802.11 and Hyperlan are helping enable eventual commercial MANET deployments outside the military domain. These recent evolutions have been generating a renewed and growing interest in the research and development of MANET. This paper attempts to provide a comprehensive overview of this dynamic field. It first explains the important role that mobile ad hoc networks play in the evolution of future wireless technologies. Then, it reviews the latest research activities in these areas, including a summary of MANET\u27s characteristics, capabilities, applications, and design constraints. The paper concludes by presenting a set of challenges and problems requiring further research in the future

A Cross Layer Solution to Address TCP Intra-flow Performance Degradation in Multihop Ad hoc Networks

Incorporating the concept of TCP end-to-end congestion control for wireless networks is one of the primary concerns in designing ad hoc networks since TCP was primarily designed and optimized based on the assumptions for wired networks. In this study, our interest lies on tackling the TCP instability and in particular intra-flow instability problem since due to the nature of applications in multihop ad hoc networks, connection instability or starvation even for a short period of time can have a negative impact on the Quality of Service and may not be acceptable for the end user. Through a detailed analysis, it will be shown that the main causes of TCP intra-flow instability lies in overloading the network by sending more packets than the capacity of the channel. Based on this, the paper proposes a novel cross layer solution called “TCP Contention Control” that dynamically adjusts the amount of outstanding data in the network based on the level of contention experienced by packets as well as the throughput achieved by connections. The simulation results show TCP Contention Control can drastically improve TCP stability over 802.11 multihop ad hoc networks

Improving the Performance of Wireless LANs

This book quantifies the key factors of WLAN performance and describes methods for improvement. It provides theoretical background and empirical results for the optimum planning and deployment of indoor WLAN systems, explaining the fundamentals while supplying guidelines for design, modeling, and performance evaluation. It discusses environmental effects on WLAN systems, protocol redesign for routing and MAC, and traffic distribution; examines emerging and future network technologies; and includes radio propagation and site measurements, simulations for various network design scenarios, numerous illustrations, practical examples, and learning aids

Performance improvement of ad hoc networks using directional antennas and power control

Au cours de la dernière décennie, un intérêt remarquable a été éprouvé en matière des réseaux ad hoc sans fil capables de s'organiser sans soutien des infrastructures. L'utilisation potentielle d'un tel réseau existe dans de nombreux scénarios, qui vont du génie civil et secours en cas de catastrophes aux réseaux de capteurs et applications militaires. La Fonction de coordination distribuée (DCF) du standard IEEE 802.11 est le protocole dominant des réseaux ad hoc sans fil. Cependant, la méthode DCF n'aide pas à profiter efficacement du canal partagé et éprouve de divers problèmes tels que le problème de terminal exposé et de terminal caché. Par conséquent, au cours des dernières années, de différentes méthodes ont été développées en vue de régler ces problèmes, ce qui a entraîné la croissance de débits d'ensemble des réseaux. Ces méthodes englobent essentiellement la mise au point de seuil de détecteur de porteuse, le remplacement des antennes omnidirectionnelles par des antennes directionnelles et le contrôle de puissance pour émettre des paquets adéquatement. Comparées avec les antennes omnidirectionnelles, les antennes directionnelles ont de nombreux avantages et peuvent améliorer la performance des réseaux ad hoc. Ces antennes ne fixent leurs énergies qu'envers la direction cible et ont une portée d'émission et de réception plus large avec la même somme de puissance. Cette particularité peut être exploitée pour ajuster la puissance d'un transmetteur en cas d'utilisation d'une antenne directionnelle. Certains protocoles de contrôle de puissance directionnel MAC ont été proposés dans les documentations. La majorité de ces suggestions prennent seulement la transmission directionnelle en considération et, dans leurs résultats de simulation, ces études ont l'habitude de supposer que la portée de transmission des antennes omnidirectionnelles et directionnelles est la même. Apparemment, cette supposition n'est pas toujours vraie dans les situations réelles. De surcroît, les recherches prenant l'hétérogénéité en compte dans les réseaux ad hoc ne sont pas suffisantes. Le présent mémoire est dédié à proposer un protocole de contrôle de puissance MAC pour les réseaux ad hoc avec des antennes directionnelles en prenant tous ces problèmes en considération. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseaux ad hoc, Antennes directives, Contrôle de puissance