Realizing Quality-Of-Service With Link Lifetime Prediction In Mobile Ad Hoc Networks

Recent research in mobile ad hoc networks (MANETs) has been studying the feasibility of provisioning the Quality-of-Service in such a network. One major factor that makes this a difficult task is the node mobility, which induces a dynamic network topology and makes a multi-hop path susceptible to abrupt breakage when any of its constituent links breaks. It is therefore desirable to acquire predictive knowledge of the path lifetime, which reflects its reliability and is closely associated with the lifetime of each constituent link. We first study how node mobility impacts the lifetime of a path in the MANET, and propose three algorithms that employ link age as the decision parameter to select the best path from all available paths between the sender (source) and recipient (destination) of data for transmissions. Performance evaluation results show that these path-selection algorithms achieve a robust performance in choosing a path that meets a specified path-lifetime requirement. We next propose the Mobile-projected Trajectory (MPT) algorithm that employs four periodically measured distances between two nodes of a link to compute the relative movement trajectory and the remaining lifetime of a link. This algorithm is based on linear curve fitting, and does not require any knowledge of node position, speed, and direction. To account for the frequent occurrences of velocity change during the link lifetime, we propose a simple velocity-change detection test that is augmented to the MPT. The new algorithm, Mobile-Projected Trajectory with Velocity Change Detection, improves the performance of the algorithm by recomputing the remaining link lifetime more accurately after a velocity change is detected. We also propose a novel link lifetime prediction algorithm based on the Unscented Kalman Filter, which casts the link lifetime as a non-linear dynamic system model, and recursively estimates its states to compute the remaining link lifetime. Performance evaluation of the proposed algorithm demonstrates robust performance to estimate the link lifetime while nodes move along various trajectories induced by velocity changes

Adaptation à la mobilité dans les réseaux ad hoc

Les études protocolaires sur les réseaux multi-sauts mobiles proposent d’améliorer la performance du réseau en liant le comportement des protocoles à sa dynamique d’évolution. Le protocole s’adapte à l’état du réseau grâce à un ensemble de métriques. Ainsi pour les protocoles de routage il s’agit de trouver des chemins tout en considérant l’état énergétique des nœuds, la bande passante des liens, la qualité de service, ou encore la dynamique de la topologie qui est liée à la qualité des liens sans fil et à la mobilité des éléments du réseau. Le travail présenté traite de l’adaptation à la mobilité dans les protocoles de routage et s’intéresse aux métriques de mobilité. Dans une première étape nous analysons le processus d’adaptation en en dégageant les caractéristiques, les contraintes et l’intérêt, et étudions qualitativement les métriques de mobilité. Nous examinons différents travaux de recherche ayant pour objet la mobilité et ses métriques dont nous proposons une taxinomie originale. Nous mettons en évidence l’intérêt des métriques obtenues par mesure locale et de voisinage. Dans une deuxième étape, nous évaluons par simulation les métriques. L’objectif est de déterminer une "meilleure" métrique de mobilité, c'est-à-dire celle qui apportera le plus de gain de performance à une adaptation protocolaire. Le postulat est que plus la métrique influe sur les performances d'un protocole, plus il est intéressant que le protocole adapte son comportement en fonction de sa valeur. L’analyse de corrélation entre performances et métriques, sur plusieurs protocoles de routage, ne permet pas de mettre en avant une meilleure métrique qui soit indépendante du contexte, à savoir de la densité ou du modèle de mobilité. Nous montrons néanmoins l’intérêt de la métrique durée de liaison. Finalement, nous développons deux applications à partir des métriques sélectionnées par l’analyse. Ce sont la densité, exprimée par le nombre de voisins, ainsi que la mobilité, exprimée par la durée de liaison pour la première application, et par le nombre d’erreurs de route pour la seconde application. La première application met en place un choix adaptatif des éléments MPR (Multi-Point Relay) dans le protocole de routage Optimized Link State Routing (OLSR), la deuxième développe une élection adaptative des chefs de clusters et un changement de mode adaptatif (avec ou sans structure) pour le protocole Cluster Source Routing (CSR). Pour les deux applications plusieurs stratégies d’adaptations sont considérées ; le meilleur résultat est obtenu dans les deux cas par la stratégie d'adaptation à la mobilité en plus de la densité. Ce travail se prolonge par l’étude de validation des résultats en rapport au modèle de mobilité. Nous en déduisons une méthode pour appliquer, selon les conditions de mobilité et de densité, des adaptations

Mobility Metrics for Routing in MANETs

A Mobile Ad hoc Network (MANET) is a collection of wireless mobile nodes forming a temporary network without the need for base stations or any other pre–existing network infrastructure. In a peer-to-peer fashion, mobile nodes can communicate with each other by using wireless multihop communication. Due to its low cost, high flexibility, fast network establishment and self-reconfiguration, ad hoc networking has received much interest during the last ten years. However, without a fixed infrastructure, frequent path changes cause significant numbers of routing packets to discover new paths, leading to increased network congestion and transmission latency over fixed networks. Many on-demand routing protocols have been developed by using various routing mobility metrics to choose the most reliable routes, while dealing with the primary obstacle caused by node mobility. ¶ In the first part, we have developed an analysis framework for mobility metrics in random mobility model. ... ¶ In the second part, we investigate the mobility metric applications on caching strategies and hierarchy routing algorithm. ..

Mobile Ad-Hoc Networks

Being infrastructure-less and without central administration control, wireless ad-hoc networking is playing a more and more important role in extending the coverage of traditional wireless infrastructure (cellular networks, wireless LAN, etc). This book includes state-of-the-art techniques and solutions for wireless ad-hoc networks. It focuses on the following topics in ad-hoc networks: quality-of-service and video communication, routing protocol and cross-layer design. A few interesting problems about security and delay-tolerant networks are also discussed. This book is targeted to provide network engineers and researchers with design guidelines for large scale wireless ad hoc networks