PhD Thesis Defence: Performance evaluation of mobile wireless networks

Ahmad Al Hanbali

INRIA Sophia Antipolis


Résumé:

Abstract: This thesis deals with the impact of mobility on the performance of mobile ad hoc networks (MANETs). It contains two parts. The first part surveys the performance of TCP protocol over MANETs. The main conclusion is that mobility degrades the TCP performance. Since it induces frequent route failures and network partitions. This issue was the motivation of the second part to evaluate the transmission schemes that rely on mobility to relay packets between nodes. More precisely, in the absence of a direct route between a pair of source and destination nodes all the other nodes in the network can serve as relay nodes. In the beginning the interest on the performance of relay nodes (throughput, relay buffer size) via a detailed queueing analysis of their relay buffers. One of the main results was that random mobility models that have uniform stationary distribution of nodes location achieve the lowest throughput of relaying. Next, to optimize the performance of the two-hop relay protocol, especially the overall delivery delay of packets, we evaluated the multicopy two-hop relay protocol under the assumption that the lifetime of the packet copies at relay nodes is limited. The performance results (delivery delay, packet round trip time, consumed energy) were derived using the theory of absorbing Markov chains and the mean field approximations. These results were exploited to optimize the total consumed energy subject to a constraint on the delivery delay. Keywords: Performance evaluation, mobile ad hoc Networks, TCP, two-hop relay, epidemic routing, Markovian analysis, queueing theory, fluid model, mean field approximation. --- Titre: Evaluation des performances des réseaux sans-fil mobiles *Résumé*: Cette thèse s'intéresse à l'impact de la mobilité sur les performances des réseaux ad hoc mobiles (MANETs en anglais). Elle comporte deux parties. La première partie de la thèse dresse un état-de-l'art du protocole TCP dans les réseaux ad hoc mobiles. La principale conclusion est que la mobilité dégrade les performances de TCP, à cause de problèmes de routage et de partitions du réseau qu'elle occasionne. Partant de ce constat, dans la deuxième partie de la thèse nous proposons et analysons des schémas de transmission qui s'appuient sur la mobilité des noeuds. Plus précisément, chaque noeud peut servir de relais en l'absence de route directe entre la source et la destination. Nous nous sommes tout d'abord intéressés aux performances des noeuds relais (débit et taille moyenne des files de relais) en utilisant le formalisme des files d'attente. Un des résultats principaux est que le débit des noeuds relais est minimisé quand les noeuds bougent selon des modèles de mouvements aléatoires qui ont une distribution stationnaire uniforme de position. Pour optimiser les performances du protocole de relais à deux sauts, particulièrement le délai de transmission, nous avons ensuite étudié le cas où un paquet peut avoir plusieurs copies dans le réseau, sous l'hypothèse où ces copies ont des durées de vie limitée. Les performances (délai, énergie consommée) ont été obtenues en utilisant le formalisme des chaînes de Markov absorbantes, ainsi que des modèles fluides. Nous avons appliqué nos résultats pour optimiser la consommation d'énergie en présence de contraintes sur les délais de transmission. Mots clés: Evaluation des performances, réseaux ad hoc mobiles, TCP, protocole de relais à deux sauts, routage épidémique, analyse markovienne, théorie de la file d'attente, modèle fluide.


Ahmad Al Hanbali
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