Access and Routing in Aeronautical Ad-hoc Networks

National audienceAeronautical Ad hoc NETworks (AANET) have been proposed in previous studies as an alternative to cellular or satellite transmissions for “datalink” communications between commercial aviation aircraft in flight and air traffic services on the ground. After an introduction on the specificities of civil aviation communications, we present the channel access and routing challenges for AANETs. We finally propose an innovative communication architecture for AANETs

Performance Assessment of a New Routing Protocol in AANET

Routing is a critical issue in mobile ad hoc networks. The routing algorithm must take into account the specific properties of the network such as its topology, the mobility of the nodes and their number. In this paper, we present a simulation-based study of the performances of our innovative routing protocol named NoDe-TBR (Node Density TBR) that takes into account the actual node density distribution. The considered ad hoc network is an Aeronautical Ad hoc NETwork (AANET), a future communication system enabling air↔air and air↔ground communications beyond the radio range of the sender. This context and the communication architecture have been modeled in a realistic way based on replayed aircraft trajectories, a realistic access layer, and application that should be deployed in the future

Routing protocol assessment for AANETs

In this paper, we propose to use AANETs (Aeronautical Ad-hoc NETworks) to complement currently used communication systems. An AANET is a network in which every node (aircraft or ground station) is able to relay data to and from other nodes. It allows to extend the range of a ground station by using other aircraft as relays, thus establishing multihops paths between an aircraft and the ground. The main contribution of our study is the performance assessment of classic routing protocols by simulation with replayed real aircraft trajectories. The results of these simulations can serve as reference for further studies. Furthermore, under nominal conditions, AODV has the best performances in terms of reachability. These results demonstrates the interest of AANET as a communication system for civil aviation, and call for further studies to improve the performances of routing algorithms

Access method and routing in aeronautical ad hoc networks

Les systèmes de communication de l'aviation civile sont soumis à une demande de capacité toujours croissante pour répondre à l'augmentation du nombre de vols et au développement de nouveaux services. Dans ce contexte, les réseaux ad hoc aéronautiques, aussi appelés AANET (Aeronautical Ad-hoc NETwork), sont étudiés comme une solution de communication innovante et complémentaire des systèmes existants. Un AANET est un réseau ad hoc dont les nœuds sont des avions. Il exploite les capacités de communication directe entre les nœuds pour transmettre des données au delà de la portée radio en utilisant une chaîne de nœuds relais. Cette thèse a pour objectif de proposer des solutions à deux problématiques complexes dans les réseaux ad hoc en tenant compte des contraintes spécifiques aux AANET : la gestion de l'accès au canal et le routage des données. La faisabilité de tels réseaux a déjà été démontrée dans la littérature, et une architecture de communication basée sur le CDMA (Code Division Multiple Access) a été proposée afin de pouvoir discriminer des transmissions concurrentes entre plusieurs utilisateurs. Cependant, aucune méthode d'attribution des codes d'étalement n'a été spécifiée. Pour résoudre ce problème dans un réseau à grande échelle tel qu'un AANET, nous proposons d'améliorer une méthode existante : le RP-CDMA (Random Packet CDMA). Nous présentons ensuite le protocole de routage novateur que nous avons conçu : NoDe-TBR (Node Density TBR). Dans le paradigme de routage TBR (Trajectory Based Routing), les paquets sont transférés de manière à suivre un chemin géographique appelé geopath, spécifié par l'émetteur. Nous avons conçu à travers NoDe-TBR une méthode pour déterminer ces chemins dans un AANET. Dans ce protocole, les geopath sont calculés en tant que géodésiques qui prennent en compte la densité effective des avions. Cette approche a été choisie car elle devrait présenter les avantages des algorithmes de routage géographique (très faible signalisation générée) tout en étant robuste aux conditions spécifiques rencontrées dans les AANET (mobilité, densité d'avions non uniforme). Afin d'évaluer les performances des solutions que nous proposons, nous avons développé des modèles avec le simulateur Omnet++. Nous avons utilisé une approche basée sur le rejeu de trajectoires réelles d'avions afin de rendre compte au mieux de la diversité des contraintes qui s'y appliquent. Le trafic de données simulé représente des communications bidirectionnelles entre des avions en vol et des services de contrôle au sol. Nos simulations mettent en évidence que les modifications que nous avons apportées au RP-CDMA améliorent les performances globales du système. Ces simulations montrent aussi que l'algorithme NoDe-TBR est sensiblement plus performant que des algorithmes de routage classiques en termes de délai et de joignabilité, tout en générant un volume négligeable de messages de signalisation.The communication systems used in civil aviation are subject to an ever increasing capacity demand because of the air traffic growth and the development of new services. In this context, the AANETs (Aeronautical Ad-hoc NETworks) are studied as an innovative communication solution that would complement existing systems. An AANET is an ad hoc network in which the nodes are aircraft. It makes use of direct inter-aircraft communications to transmit data beyond the radio range by using a chain of relays. The objective of this thesis is to propose a solution to two complex problematics present in AANETs : the channel access management and the routing. Previous studies have shown the feasibility of such networks, and a communication architecture based on CDMA (Code Division Multiple Access) has been proposed in the literature. The CDMA allows concurrent receptions between users. However, no spreading code assignment method have been specified. In order to solve this problem on large scale networks such as AANETs, we propose to improve an existing method : the RP-CDMA (Random Packet CDMA). We then describe the innovative routing protocol that we have designed: NoDe-TBR (Node Density TBR). In the TBR (Trajectory Based Routing) paradigm, the packets are forwarded along a geographical path (geopath), specified by the sender. We specify through NoDe-TBR a method to compute these paths. In this protocol, the geopaths are computed as geodesics which take into account the actual node density. This approach has been selected because it should have the benefits of geographic routing (very low overhead) while being robust to the specific conditions encountered in AANETs (mobility, uneven aircraft density). To assess the performances of our propositions, we have developed models for the simulator Omnet++. We have used an approach based on the replay of actual aircraft trajectories in order to take into account the variety of constraints applied to the movements of the aircraft. The simulated data traffic represents bidirectional communications between aircraft and ground stations. Our simulations shows that the modification we propose for RP-CDMA improve the overall performances of the system. The simulations results also shows that NoDe-TBR outperforms more classical routing methods in terms of reachability and delay, while generating less overhead

Méthode d'accès et routage dans un réseau ad hoc aéronautique

The communication systems used in civil aviation are subject to an ever increasing capacity demand because of the air traffic growth and the development of new services. In this context, the AANETs (Aeronautical Ad-hoc NETworks) are studied as an innovative communication solution that would complement existing systems. An AANET is an ad hoc network in which the nodes are aircraft. It makes use of direct inter-aircraft communications to transmit data beyond the radio range by using a chain of relays. The objective of this thesis is to propose a solution to two complex problematics present in AANETs : the channel access management and the routing. Previous studies have shown the feasibility of such networks, and a communication architecture based on CDMA (Code Division Multiple Access) has been proposed in the literature. The CDMA allows concurrent receptions between users. However, no spreading code assignment method have been specified. In order to solve this problem on large scale networks such as AANETs, we propose to improve an existing method : the RP-CDMA (Random Packet CDMA). We then describe the innovative routing protocol that we have designed: NoDe-TBR (Node Density TBR). In the TBR (Trajectory Based Routing) paradigm, the packets are forwarded along a geographical path (geopath), specified by the sender. We specify through NoDe-TBR a method to compute these paths. In this protocol, the geopaths are computed as geodesics which take into account the actual node density. This approach has been selected because it should have the benefits of geographic routing (very low overhead) while being robust to the specific conditions encountered in AANETs (mobility, uneven aircraft density). To assess the performances of our propositions, we have developed models for the simulator Omnet++. We have used an approach based on the replay of actual aircraft trajectories in order to take into account the variety of constraints applied to the movements of the aircraft. The simulated data traffic represents bidirectional communications between aircraft and ground stations. Our simulations shows that the modification we propose for RP-CDMA improve the overall performances of the system. The simulations results also shows that NoDe-TBR outperforms more classical routing methods in terms of reachability and delay, while generating less overhead.Les systèmes de communication de l'aviation civile sont soumis à une demande de capacité toujours croissante pour répondre à l'augmentation du nombre de vols et au développement de nouveaux services. Dans ce contexte, les réseaux ad hoc aéronautiques, aussi appelés AANET (Aeronautical Ad-hoc NETwork), sont étudiés comme une solution de communication innovante et complémentaire des systèmes existants. Un AANET est un réseau ad hoc dont les nœuds sont des avions. Il exploite les capacités de communication directe entre les nœuds pour transmettre des données au delà de la portée radio en utilisant une chaîne de nœuds relais. Cette thèse a pour objectif de proposer des solutions à deux problématiques complexes dans les réseaux ad hoc en tenant compte des contraintes spécifiques aux AANET : la gestion de l'accès au canal et le routage des données. La faisabilité de tels réseaux a déjà été démontrée dans la littérature, et une architecture de communication basée sur le CDMA (Code Division Multiple Access) a été proposée afin de pouvoir discriminer des transmissions concurrentes entre plusieurs utilisateurs. Cependant, aucune méthode d'attribution des codes d'étalement n'a été spécifiée. Pour résoudre ce problème dans un réseau à grande échelle tel qu'un AANET, nous proposons d'améliorer une méthode existante : le RP-CDMA (Random Packet CDMA). Nous présentons ensuite le protocole de routage novateur que nous avons conçu : NoDe-TBR (Node Density TBR). Dans le paradigme de routage TBR (Trajectory Based Routing), les paquets sont transférés de manière à suivre un chemin géographique appelé geopath, spécifié par l'émetteur. Nous avons conçu à travers NoDe-TBR une méthode pour déterminer ces chemins dans un AANET. Dans ce protocole, les geopath sont calculés en tant que géodésiques qui prennent en compte la densité effective des avions. Cette approche a été choisie car elle devrait présenter les avantages des algorithmes de routage géographique (très faible signalisation générée) tout en étant robuste aux conditions spécifiques rencontrées dans les AANET (mobilité, densité d'avions non uniforme). Afin d'évaluer les performances des solutions que nous proposons, nous avons développé des modèles avec le simulateur Omnet++. Nous avons utilisé une approche basée sur le rejeu de trajectoires réelles d'avions afin de rendre compte au mieux de la diversité des contraintes qui s'y appliquent. Le trafic de données simulé représente des communications bidirectionnelles entre des avions en vol et des services de contrôle au sol. Nos simulations mettent en évidence que les modifications que nous avons apportées au RP-CDMA améliorent les performances globales du système. Ces simulations montrent aussi que l'algorithme NoDe-TBR est sensiblement plus performant que des algorithmes de routage classiques en termes de délai et de joignabilité, tout en générant un volume négligeable de messages de signalisation

Localiser ses objets connectés à 10cm dans un environnement intérieur (Capitole du Libre, Toulouse, 16/11/19-17/11/19)

(Conférencier invité)La présentation concerne les travaux sur la localisation précise des objets connectés dans l'équipe IRIT/RMESS en utilisant la plateforme hébergée par l'IUT

Improvement of PEAR signaling in energy efficient Delay Tolerant Wireless Sensor Network

International audienceEnergy consumption is a critical point for sensor networks, which are located in remote places without access to the power grid and must harvest their own energy. The same networks may also have to use Delay Tolerant Networking technologies if they can't have a permanent connectivity. The PEAR routing algorithm was proposed to address the latter problem. In this paper, we propose an optimization of the signaling information diffusion for this particular algorithm, in order to reduce it's energy consumption. This new algorithm matches some specific characteristics that can be found in agricultural monitoring networks. Its performances have been simulated, and it multiplies network's packet efficiency by 2.77 while maintaining the same successful transmission rate as the original PEAR algorithm or Epidemic algorithm. It increase the usefulness of this algorithm in low power networks and low loaded networks

A Fully Distributed Heuristic Method To Select the ROOT Node In Wireless Sensor Networks

In wireless sensor networks (WSNs), most time synchronization protocols allow synchronizing the different nodes’clocks with the clock of a reference node called ROOT. The position of the ROOT determines the accuracy of time synchronization. Indeed, the closer the ROOT is to the other nodes in the network, better is the accuracy. In this paper, we propose a new fully distributed method to select the ROOT in WSNs. The proposed method is based on a heuristic developed as a result of extensive simulations and also real experiments on a dedicated IoT prototyping platform. According to the simulation results, on average, our method successfully selects the ROOT from the 5% of best-positioned nodes

A distributed algorithm for range-based localization in sparse wireless networks

International audienceWireless nodes localization has become a major research theme in recent years. Distributed and collaborative solutions are particularly interesting since the nodes can compute their own localisation without depending on external computational resources. In this paper, we present the context of distributed and cooperative localisation and the principles of a distributed Force-Based localisation algorithm. We then present an original algorithm: UWL (Uncertainty Weighted Localiza-tion). A performance evaluation of UWL has been conducted by simulation and the results are compared to the well-known PPE algorithm. The results show that UWL performs better than PPE on a scenario where a comparison with PPE is possible. On two others scenarios where the number of anchors is limited, the localisation accuracy depends on the network density; With a medium connectivity, the localisation accuracy is below 1m for 99% of the nodes, even though none of them is within range of more than 1 anchor