Comparaison des stratégies de redondance dans les réseaux ad hoc

Session Ad HocInternational audienceDans ce papier, nous analysons une approche originale en combinant les processus de recouvrement de route et de chemin dans un réseau ad hoc hétérogène utilisant deux technologies sans fil Zigbee et WiFi pour améliorer la robustesse du réseau. Nous proposons une architecture de redondance multi-niveau qui s'appuie sur des protocoles normalisés IEEE et IETF. Elle prend en charge toutes les étapes du processus de recouvrement de chemin depuis la détection de la rupture d'un lien sur le chemin primaire jusqu'à la reprise du trafic sur le chemin secondaire. Une formulation analytique de la fiabilité de chacun des trois schémas de recouvrement de base (recouvrement lien par lien, de bout en bout et par segment) est proposée. L'étude de performance montre l'avantage en terme de fiabilité du recouvrement par segment par rapport aux deux autres politiques. Il apparaît aussi qu'en terme de fiabilité, la gestion des pannes de la route primaire doit s'effectuer au niveau du routage par des protocoles multipath plutôt que par la couche transport

Politiques de robustesse en réseaux ad hoc

Les réseaux sans fil sont sujets à des perturbations voire des pannes de liens et de noeuds en raison des caractéristiques intrinsèques de leur support de communication ; ces pannes sont aggravées par les particularités de relayage et de mobilité des noeuds dans les réseaux ad hoc. Ces réseaux requièrent donc la conception et la mise oeuvre des protocoles robustes au niveau de toutes les couches protocolaires. Dans cette thèse, nous choisissons une approche de robustesse pour améliorer les performances des communications dans un réseau mobile ad hoc. Nous proposons et étudions deux architectures de protection (protection par une analyse prédictive et protection par redondance de routes) qui sont couplées avec une restauration de niveau routage. Concernant la phase de détection, le protocole de routage utilise les notifications de niveau liaison pour détecter les pannes de liens. La première solution repose sur un protocole de routage réactif unipath dont le critère de sélection de routes est modifié. L’idée est d’utiliser des métriques capables de prédire l’état futur des routes dans le but d’améliorer leur durée de vie. Pour cela, deux métriques prédictives reposant sur la mobilité des noeuds sont proposées : la fiabilité des routes et une combinaison fiabilité-minimum de sauts. Pour calculer ces métriques prédictives, nous proposons une méthode analytique de calcul de la fiabilité de liens entre noeuds. Cette méthode prend compte le modèle de mobilité des noeuds et les caractéristiques de la communication sans fil notamment les collisions inter-paquets et les atténuations du signal. Les modèles de mobilité étudiés sont les modèles Random Walk et Random Way Point. Nous montrons l’impact de ces métriques sur les performances en termes de taux de livraison de paquets, de surcoût normalisé et de ruptures de routes. La seconde solution est une protection par redondance de routes qui s’appuie sur un protocole de routage multipath. Dans cette architecture, l’opération de recouvrement consiste soit à un basculement sur une route secondaire soit à une nouvelle découverte. Nous montrons que la redondance de routes améliore la robustesse de la communication en réduisant le temps de restauration. Ensuite, nous proposons une comparaison analytique entre les différentes politiques de recouvrement d’un protocole multipath. Nous en deduisons qu’un recouvrement segmenté donne les meilleurs résultats en termes de temps de restauration et de fiabilité. ABSTRACT : Due to the unreliability characteristics of wireless communications, and nodes mobility, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) suffer from frequent failures and reactivation of links. Consequently, the routes frequently change, causing significant number of routing packets to discover new routes, leading to increased network congestion and transmission latency. Therefore, MANETs demand robust protocol design at all layers of the communication protocol stack, particularly at the MAC, the routing and transport layers. In this thesis, we adopt robustness approach to improve communication performance in MANET. We propose and study two protection architectures (protection by predictive analysis and protection by routes redundancy) which are coupled with a routing level restoration. The routing protocol is responsible of the failure detection phase, and uses the mechanism of link-level notifications to detect link failures. Our first proposition is based on unipath reactive routing protocol with a modified route selection criterion. The idea is to use metrics that can predict the future state of the route in order to improve their lifetime. Two predictive metrics based on the mobility of nodes are proposed : the routes reliability and, combining hop-count and reliability metrics. In order to determine the two predictive metrics, we propose an analytical formulation that computes link reliability between adjacent nodes. This formulation takes into account nodes mobility model and the the wireless communication characteristics including the collisions between packets and signal attenuations. Nodes mobility models studied are Random Walk and Random Way Point. We show the impact of these predictive metrics on the networks performance in terms of packet delivery ratio, normalized routing overhead and number of route failures. The second proposition is based on multipath routing protocol. It is a protection mechanism based on route redundancy. In this architecture, the recovery operation is either to switch the traffic to alternate route or to compute a new route. We show that the routes redundancy technique improves the communication robustness by reducing the failure recovery time. We propose an analytical comparison between different recovery policies of multipath routing protocol. We deduce that segment recovery is the best recovery policy in terms of recovery time and reliability

Etude analytique de la fiabilité dans les réseaux ad hoc multi-domiciliés

National audienceLa redondance est le principal moyen pour améliorer la robustesse et la disponibilité des chemins dans les réseaux mobiles ad hoc. Dans ce document, nous analysons deux niveaux de redondance proposés dans la littérature afin de faciliter le recouvrement de la communication entre deux nœuds (1) la redondance de routes à travers les protocoles de routage multipath (2) le concept de multihoming procurant une redondance de niveau transport. Nous montrons l'avantage de l'intégration multihoming-multipath dans les réseaux ad hoc en termes de fiabilité et de disponibilité et proposons une méthode de calcul de la fiabilité des chemins dans un réseau mobile ad hoc multi-domicilié utilisant cette approche

Politiques de robustesse en réseaux ad hoc

Les réseaux sans fil sont sujets à des perturbations voire des pannes de liens et de noeuds en raison des caractéristiques intrinsèques de leur support de communication ; ces pannes sont aggravées par les particularités de relayage et de mobilité des noeuds dans les réseaux ad hoc. Ces réseaux requièrent donc la conception et la mise oeuvre des protocoles robustes au niveau de toutes les couches protocolaires. Dans cette thèse, nous choisissons une approche de robustesse pour améliorer les performances des communications dans un réseau mobile ad hoc. Nous proposons et étudions deux architectures de protection (protection par une analyse prédictive et protection par redondance de routes) qui sont couplées avec une restauration de niveau routage. Concernant la phase de détection, le protocole de routage utilise les notifications de niveau liaison pour détecter les pannes de liens. La première solution repose sur un protocole de routage réactif unipath dont le critère de sélection de routes est modifié. L idée est d utiliser des métriques capables de prédire l état futur des routes dans le but d améliorer leur durée de vie. Pour cela, deux métriques prédictives reposant sur la mobilité des noeuds sont proposées : la fiabilité des routes et une combinaison fiabilité-minimum de sauts. Pour calculer ces métriques prédictives, nous proposons une méthode analytique de calcul de la fiabilité de liens entre noeuds. Cette méthode prend compte le modèle de mobilité des noeuds et les caractéristiques de la communication sans fil notamment les collisions inter-paquets et les atténuations du signal. Les modèles de mobilité étudiés sont les modèles Random Walk et Random Way Point. Nous montrons l impact de ces métriques sur les performances en termes de taux de livraison de paquets, de surcoût normalisé et de ruptures de routes. La seconde solution est une protection par redondance de routes qui s appuie sur un protocole de routage multipath. Dans cette architecture, l opération de recouvrement consiste soit à un basculement sur une route secondaire soit à une nouvelle découverte. Nous montrons que la redondance de routes améliore la robustesse de la communication en réduisant le temps de restauration. Ensuite, nous proposons une comparaison analytique entre les différentes politiques de recouvrement d un protocole multipath. Nous en deduisons qu un recouvrement segmenté donne les meilleurs résultats en termes de temps de restauration et de fiabilitéDue to the unreliability characteristics of wireless communications, and nodes mobility, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) suffer from frequent failures and reactivation of links. Consequently, the routes frequently change, causing significant number of routing packets to discover new routes, leading to increased network congestion and transmission latency. Therefore, MANETs demand robust protocol design at all layers of the communication protocol stack, particularly at the MAC, the routing and transport layers. In this thesis, we adopt robustness approach to improve communication performance in MANET. We propose and study two protection architectures (protection by predictive analysis and protection by routes redundancy) which are coupled with a routing level restoration. The routing protocol is responsible of the failure detection phase, and uses the mechanism of link-level notifications to detect link failures. Our first proposition is based on unipath reactive routing protocol with a modified route selection criterion. The idea is to use metrics that can predict the future state of the route in order to improve their lifetime. Two predictive metrics based on the mobility of nodes are proposed : the routes reliability and, combining hop-count and reliability metrics. In order to determine the two predictive metrics, we propose an analytical formulation that computes link reliability between adjacent nodes. This formulation takes into account nodes mobility model and the the wireless communication characteristics including the collisions between packets and signal attenuations. Nodes mobility models studied are Random Walk and Random Way Point. We show the impact of these predictive metrics on the networks performance in terms of packet delivery ratio, normalized routing overhead and number of route failures. The second proposition is based on multipath routing protocol. It is a protection mechanism based on route redundancy. In this architecture, the recovery operation is either to switch the traffic to alternate route or to compute a new route. We show that the routes redundancy technique improves the communication robustness by reducing the failure recovery time. We propose an analytical comparison between different recovery policies of multipath routing protocol. We deduce that segment recovery is the best recovery policy in terms of recovery time and reliabilityTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Operating ranges, tunability and performance of CoDel and PIE

COMCOM-D-15-00474R1 This work was part-funded by the European Community under its Seventh Framework Programme through the Reducing Internet Transport Latency (RITE) project (ICT-317700). The views expressed are solely those of the authors.Peer reviewedPostprin

Robustness policies in mobile ad hoc networks

Les réseaux sans fil sont sujets à des perturbations voire des pannes de liens et de noeuds en raison des caractéristiques intrinsèques de leur support de communication ; ces pannes sont aggravées par les particularités de relayage et de mobilité des noeuds dans les réseaux ad hoc. Ces réseaux requièrent donc la conception et la mise oeuvre des protocoles robustes au niveau de toutes les couches protocolaires. Dans cette thèse, nous choisissons une approche de robustesse pour améliorer les performances des communications dans un réseau mobile ad hoc. Nous proposons et étudions deux architectures de protection (protection par une analyse prédictive et protection par redondance de routes) qui sont couplées avec une restauration de niveau routage. Concernant la phase de détection, le protocole de routage utilise les notifications de niveau liaison pour détecter les pannes de liens. La première solution repose sur un protocole de routage réactif unipath dont le critère de sélection de routes est modifié. L’idée est d’utiliser des métriques capables de prédire l’état futur des routes dans le but d’améliorer leur durée de vie. Pour cela, deux métriques prédictives reposant sur la mobilité des noeuds sont proposées : la fiabilité des routes et une combinaison fiabilité-minimum de sauts. Pour calculer ces métriques prédictives, nous proposons une méthode analytique de calcul de la fiabilité de liens entre noeuds. Cette méthode prend compte le modèle de mobilité des noeuds et les caractéristiques de la communication sans fil notamment les collisions inter-paquets et les atténuations du signal. Les modèles de mobilité étudiés sont les modèles Random Walk et Random Way Point. Nous montrons l’impact de ces métriques sur les performances en termes de taux de livraison de paquets, de surcoût normalisé et de ruptures de routes. La seconde solution est une protection par redondance de routes qui s’appuie sur un protocole de routage multipath. Dans cette architecture, l’opération de recouvrement consiste soit à un basculement sur une route secondaire soit à une nouvelle découverte. Nous montrons que la redondance de routes améliore la robustesse de la communication en réduisant le temps de restauration. Ensuite, nous proposons une comparaison analytique entre les différentes politiques de recouvrement d’un protocole multipath. Nous en deduisons qu’un recouvrement segmenté donne les meilleurs résultats en termes de temps de restauration et de fiabilitéDue to the unreliability characteristics of wireless communications, and nodes mobility, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) suffer from frequent failures and reactivation of links. Consequently, the routes frequently change, causing significant number of routing packets to discover new routes, leading to increased network congestion and transmission latency. Therefore, MANETs demand robust protocol design at all layers of the communication protocol stack, particularly at the MAC, the routing and transport layers. In this thesis, we adopt robustness approach to improve communication performance in MANET. We propose and study two protection architectures (protection by predictive analysis and protection by routes redundancy) which are coupled with a routing level restoration. The routing protocol is responsible of the failure detection phase, and uses the mechanism of link-level notifications to detect link failures. Our first proposition is based on unipath reactive routing protocol with a modified route selection criterion. The idea is to use metrics that can predict the future state of the route in order to improve their lifetime. Two predictive metrics based on the mobility of nodes are proposed : the routes reliability and, combining hop-count and reliability metrics. In order to determine the two predictive metrics, we propose an analytical formulation that computes link reliability between adjacent nodes. This formulation takes into account nodes mobility model and the the wireless communication characteristics including the collisions between packets and signal attenuations. Nodes mobility models studied are Random Walk and Random Way Point. We show the impact of these predictive metrics on the networks performance in terms of packet delivery ratio, normalized routing overhead and number of route failures. The second proposition is based on multipath routing protocol. It is a protection mechanism based on route redundancy. In this architecture, the recovery operation is either to switch the traffic to alternate route or to compute a new route. We show that the routes redundancy technique improves the communication robustness by reducing the failure recovery time. We propose an analytical comparison between different recovery policies of multipath routing protocol. We deduce that segment recovery is the best recovery policy in terms of recovery time and reliabilit

Robustness policies in mobile ad hoc networks

Les réseaux sans fil sont sujets à des perturbations voire des pannes de liens et de noeuds en raison des caractéristiques intrinsèques de leur support de communication ; ces pannes sont aggravées par les particularités de relayage et de mobilité des noeuds dans les réseaux ad hoc. Ces réseaux requièrent donc la conception et la mise oeuvre des protocoles robustes au niveau de toutes les couches protocolaires. Dans cette thèse, nous choisissons une approche de robustesse pour améliorer les performances des communications dans un réseau mobile ad hoc. Nous proposons et étudions deux architectures de protection (protection par une analyse prédictive et protection par redondance de routes) qui sont couplées avec une restauration de niveau routage. Concernant la phase de détection, le protocole de routage utilise les notifications de niveau liaison pour détecter les pannes de liens. La première solution repose sur un protocole de routage réactif unipath dont le critère de sélection de routes est modifié. L’idée est d’utiliser des métriques capables de prédire l’état futur des routes dans le but d’améliorer leur durée de vie. Pour cela, deux métriques prédictives reposant sur la mobilité des noeuds sont proposées : la fiabilité des routes et une combinaison fiabilité-minimum de sauts. Pour calculer ces métriques prédictives, nous proposons une méthode analytique de calcul de la fiabilité de liens entre noeuds. Cette méthode prend compte le modèle de mobilité des noeuds et les caractéristiques de la communication sans fil notamment les collisions inter-paquets et les atténuations du signal. Les modèles de mobilité étudiés sont les modèles Random Walk et Random Way Point. Nous montrons l’impact de ces métriques sur les performances en termes de taux de livraison de paquets, de surcoût normalisé et de ruptures de routes. La seconde solution est une protection par redondance de routes qui s’appuie sur un protocole de routage multipath. Dans cette architecture, l’opération de recouvrement consiste soit à un basculement sur une route secondaire soit à une nouvelle découverte. Nous montrons que la redondance de routes améliore la robustesse de la communication en réduisant le temps de restauration. Ensuite, nous proposons une comparaison analytique entre les différentes politiques de recouvrement d’un protocole multipath. Nous en deduisons qu’un recouvrement segmenté donne les meilleurs résultats en termes de temps de restauration et de fiabilitéDue to the unreliability characteristics of wireless communications, and nodes mobility, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) suffer from frequent failures and reactivation of links. Consequently, the routes frequently change, causing significant number of routing packets to discover new routes, leading to increased network congestion and transmission latency. Therefore, MANETs demand robust protocol design at all layers of the communication protocol stack, particularly at the MAC, the routing and transport layers. In this thesis, we adopt robustness approach to improve communication performance in MANET. We propose and study two protection architectures (protection by predictive analysis and protection by routes redundancy) which are coupled with a routing level restoration. The routing protocol is responsible of the failure detection phase, and uses the mechanism of link-level notifications to detect link failures. Our first proposition is based on unipath reactive routing protocol with a modified route selection criterion. The idea is to use metrics that can predict the future state of the route in order to improve their lifetime. Two predictive metrics based on the mobility of nodes are proposed : the routes reliability and, combining hop-count and reliability metrics. In order to determine the two predictive metrics, we propose an analytical formulation that computes link reliability between adjacent nodes. This formulation takes into account nodes mobility model and the the wireless communication characteristics including the collisions between packets and signal attenuations. Nodes mobility models studied are Random Walk and Random Way Point. We show the impact of these predictive metrics on the networks performance in terms of packet delivery ratio, normalized routing overhead and number of route failures. The second proposition is based on multipath routing protocol. It is a protection mechanism based on route redundancy. In this architecture, the recovery operation is either to switch the traffic to alternate route or to compute a new route. We show that the routes redundancy technique improves the communication robustness by reducing the failure recovery time. We propose an analytical comparison between different recovery policies of multipath routing protocol. We deduce that segment recovery is the best recovery policy in terms of recovery time and reliabilit

Analytical analysis of fault management in MANETs

International audienceThis paper studies the fault management in mobile ad hoc networks. We focus on schemes which provide the robustness in MANETs: service restoration and service protection. Firstly, we propose an analytical comparison of service restoration, in terms of restoration time, at the routing layer (reactive and proactive protocols). Service restoration with reactive protocol is the most suitable in MANETs. The second motivation of the paper is an analytical study of the service protection at the network layer (multipath routing protocols) and its interest in terms of restoration time and reliability. The advantage of route redundancy in terms of restoration depends on the probability that alternate route is running after the primary route failure. The value, of this probability is studied, according to the used link connectivity maintenance mechanisms: Link-Layer Feedback Acknowledgements (LLF), Hello messages and Network-Layer Acknowledgements [1]. In terms of reliability, the multipath protocols are always better than unipath protocols. Segment recovery is the best recovery policy in terms of reliability