Fair power-controlled multiple access in mobile ad hoc networks

Previous power-controlled media access control (MAC) protocols for mobile ad hoc networks (MANET) suffer from the unfair channel access problem, i.e., it is difficult for a node to communicate with a distant node because of nearby ongoing communications. In this paper, we propose a fair power-controlled MAC protocol (FPCMA) by integrating senderinitiated busy tone with traditional power-controlled protocol. The sender-initiated busy tone is used to assist in channel access, and will be set up when a node finds it difficult to access the channel. Nearby nodes overhearing the tone will yield their transmission rights to the attempting node, thus solving the unfairness problem. Through analysis and simulation, we demonstrate that our protocol is able to balance the tradeoff between fair channel access and throughput, and is therefore more flexible than both the traditional dual busy tone and power-controlled MAC protocols.published_or_final_versio

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

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

Quality of service aware data dissemination in vehicular Ad Hoc networks

Des systèmes de transport intelligents (STI) seront éventuellement fournis dans un proche avenir pour la sécurité et le confort des personnes lors de leurs déplacements sur les routes. Les réseaux ad-hoc véhiculaires (VANETs) représentent l'élément clé des STI. Les VANETs sont formés par des véhicules qui communiquent entre eux et avec l'infrastructure. En effet, les véhicules pourront échanger des messages qui comprennent, par exemple, des informations sur la circulation routière, les situations d'urgence et les divertissements. En particulier, les messages d'urgence sont diffusés par des véhicules en cas d'urgence (p.ex. un accident de voiture); afin de permettre aux conducteurs de réagir à temps (p.ex., ralentir), les messages d'urgence doivent être diffusés de manière fiable dans un délai très court. Dans les VANETs, il existe plusieurs facteurs, tels que le canal à pertes, les terminaux cachés, les interférences et la bande passante limitée, qui compliquent énormément la satisfaction des exigences de fiabilité et de délai des messages d'urgence. Dans cette thèse, en guise de première contribution, nous proposons un schéma de diffusion efficace à plusieurs sauts, appelé Dynamic Partitioning Scheme (DPS), pour diffuser les messages d'urgence. DPS calcule les tailles de partitions dynamiques et le calendrier de transmission pour chaque partition; à l'intérieur de la zone arrière de l'expéditeur, les partitions sont calculées de sorte qu'en moyenne chaque partition contient au moins un seul véhicule; l'objectif est de s'assurer que seul un véhicule dans la partition la plus éloignée (de l'expéditeur) est utilisé pour diffuser le message, jusqu'au saut suivant; ceci donne lieu à un délai d'un saut plus court. DPS assure une diffusion rapide des messages d'urgence. En outre, un nouveau mécanisme d'établissement de liaison, qui utilise des tonalités occupées, est proposé pour résoudre le problème du problème de terminal caché. Dans les VANETs, la Multidiffusion, c'est-à-dire la transmission d'un message d'une source à un nombre limité de véhicules connus en tant que destinations, est très importante. Par rapport à la diffusion unique, avec Multidiffusion, la source peut simultanément prendre en charge plusieurs destinations, via une arborescence de multidiffusion, ce qui permet d'économiser de la bande passante et de réduire la congestion du réseau. Cependant, puisque les VANETs ont une topologie dynamique, le maintien de la connectivité de l'arbre de multidiffusion est un problème majeur. Comme deuxième contribution, nous proposons deux approches pour modéliser l'utilisation totale de bande passante d'une arborescence de multidiffusion: (i) la première approche considère le nombre de segments de route impliqués dans l'arbre de multidiffusion et (ii) la seconde approche considère le nombre d'intersections relais dans l'arbre de multidiffusion. Une heuristique est proposée pour chaque approche. Pour assurer la qualité de service de l'arbre de multidiffusion, des procédures efficaces sont proposées pour le suivi des destinations et la surveillance de la qualité de service des segments de route. Comme troisième contribution, nous étudions le problème de la congestion causée par le routage du trafic de données dans les VANETs. Nous proposons (1) une approche de routage basée sur l’infonuagique qui, contrairement aux approches existantes, prend en compte les chemins de routage existants qui relaient déjà les données dans les VANETs. Les nouvelles demandes de routage sont traitées de sorte qu'aucun segment de route ne soit surchargé par plusieurs chemins de routage croisés. Au lieu d'acheminer les données en utilisant des chemins de routage sur un nombre limité de segments de route, notre approche équilibre la charge des données en utilisant des chemins de routage sur l'ensemble des tronçons routiers urbains, dans le but d'empêcher, dans la mesure du possible, les congestions locales dans les VANETs; et (2) une approche basée sur le réseau défini par logiciel (SDN) pour surveiller la connectivité VANET en temps réel et les délais de transmission sur chaque segment de route. Les données de surveillance sont utilisées en entrée de l'approche de routage.Intelligent Transportation Systems (ITS) will be eventually provided in the near future for both safety and comfort of people during their travel on the roads. Vehicular ad-hoc Networks (VANETs), represent the key component of ITS. VANETs consist of vehicles that communicate with each other and with the infrastructure. Indeed, vehicles will be able to exchange messages that include, for example, information about road traffic, emergency situations, and entertainment. Particularly, emergency messages are broadcasted by vehicles in case of an emergency (e.g., car accident); in order to allow drivers to react in time (e.g., slow down), emergency messages must be reliably disseminated with very short delay. In VANETs, there are several factors, such as lossy channel, hidden terminals, interferences and scarce bandwidth, which make satisfying reliability and delay requirements of emergency messages very challenging. In this thesis, as the first contribution, we propose a reliable time-efficient and multi-hop broadcasting scheme, called Dynamic Partitioning Scheme (DPS), to disseminate emergency messages. DPS computes dynamic partition sizes and the transmission schedule for each partition; inside the back area of the sender, the partitions are computed such that in average each partition contains at least a single vehicle; the objective is to ensure that only a vehicle in the farthest partition (from the sender) is used to disseminate the message, to next hop, resulting in shorter one hop delay. DPS ensures fast dissemination of emergency messages. Moreover, a new handshaking mechanism, that uses busy tones, is proposed to solve the problem of hidden terminal problem. In VANETs, Multicasting, i.e. delivering a message from a source to a limited known number of vehicles as destinations, is very important. Compared to Unicasting, with Multicasting, the source can simultaneously support multiple destinations, via a multicast tree, saving bandwidth and reducing overall communication congestion. However, since VANETs have a dynamic topology, maintaining the connectivity of the multicast tree is a major issue. As the second contribution, we propose two approaches to model total bandwidth usage of a multicast tree: (i) the first approach considers the number of road segments involved in the multicast tree and (ii) the second approach considers the number of relaying intersections involved in the multicast tree. A heuristic is proposed for each approach. To ensure QoS of the multicasting tree, efficient procedures are proposed for tracking destinations and monitoring QoS of road segments. As the third contribution, we study the problem of network congestion in routing data traffic in VANETs. We propose (1) a Cloud-based routing approach that, in opposition to existing approaches, takes into account existing routing paths which are already relaying data in VANETs. New routing requests are processed such that no road segment gets overloaded by multiple crossing routing paths. Instead of routing over a limited set of road segments, our approach balances the load of communication paths over the whole urban road segments, with the objective to prevent, whenever possible, local congestions in VANETs; and (2) a Software Defined Networking (SDN) based approach to monitor real-time VANETs connectivity and transmission delays on each road segment. The monitoring data is used as input to the routing approach

Performance analysis of vehicular networks for motorway scenario.

Abstract Not Provided

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_

Performance evaluation of channel selection algorithm for multi-channel MAC protocol in ad hoc networks

This thesis aims to provide an approach that is to investigate channel selection algorithm for increasing the performance of ad hoc networks. Although our channel selection algorithms are very simple, multi-channel MAC protocol that employs our channel selection algorithms are effective for increasing the performance of ad hoc networks.学位記番号：工博甲47