Design and evaluation of wireless dense networks - Application to in-flight entertainment systems
Conception et Evaluation de Réseaux Sans Fil Denses - Application aux Systèmes de Divertissement de Bord"
Résumé
Wireless networking is one of the most challenging networking domains with unique features that can provide connectivity in situations where it is difficult to use wired networking, or when node mobility is required. However, the working environment usually imposes various constrains, where wireless devices face various challenges when sharing the communication media. Furthermore, the problem becomes worse when the number of nodes increase. Different solutions were introduced to cope with highly dense networks. On the other hand, a very low density can create a poor connectivity problem and may lead to have isolated nodes with no connection to the network. It is common to define network density according to the number of direct neighboring nodes within the node transmission range. However, we believe that such metric is not enough. Thus, we propose a new metric that encompasses the number of direct neighbors and the network performance. In this way, the network response, due to the increasing number of nodes, is considered when deciding the density level. Moreover, we defined two terms, self-organization and self-configuration, which are usually used interchangeably in the literature through highlighting the difference between them. We believe that having a clear definition for terminology can eliminate a lot of ambiguity and help to present the research concepts more clearly. Some applications, such as In-Flight Entertainment (IFE) systems inside the aircraft cabin, can be considered as wirelessly high dense even if relatively few nodes are present. To solve this problem, we propose a heterogeneous architecture of different technologies to overcome the inherited constrains inside the cabin. Each technology aims at solving a part of the problem. We held various experimentation and simulations to show the feasibility of the proposed architecture. Furthermore, we introduced a new self-organizing identification protocol that uses smart antennas to help the Display Units and their Remote Controls, of the IFE system, to identify each other without any preliminary configuration. The protocol was firstly designed and verified using UML language, then, a NS2 module was created to experiment with different scenarios. The experimentation and simulation results proved that such heterogeneous architecture can provide a solution for the constrained wireless communication inside the cabin.
Le réseau sans fil est l'un des domaines de réseautage les plus prometteurs avec des caractéristiques uniques qui peuvent fournir la connectivité dans les situations où il est difficile d'utiliser un réseau filaire, ou lorsque la mobilité des nœuds est nécessaire. Cependant, le milieu de travail impose généralement diverses contraintes, où les appareils sans fil font face à différents défis lors du partage des moyens de communication. De plus, le problème s'aggrave avec l'augmentation du nombre de nœuds. Différentes solutions ont été introduites pour faire face aux réseaux très denses. D'autre part, un nœud avec une densité très faible peut créer un problème de connectivité et peut conduire à l'optension de nœuds isolés et non connectes au réseau. La densité d'un réseau est définit en fonction du nombre de nœuds voisins directs au sein de la portée de transmission du nœud. Cependant, nous croyons que ces métriques ne sont pas suffisantes et nous proposons une nouvelle mesure qui considère le nombre de voisins directs et la performance du réseau. Ainsi, la réponse du réseau, respectant l'augmentation du nombre de nœuds, est considérée lors du choix du niveau de la densité. Nous avons défini deux termes: l'auto-organisation et l'auto-configuration, qui sont généralement utilisés de façon interchangeable dans la littérature en mettant en relief la différence entre eux. Nous estimons qu'une définition claire de la terminologie peut éliminer beaucoup d'ambiguïté et aider à présenter les concepts de recherche plus clairement. Certaines applications, telles que Ies systèmes "In-Flight Entertainment (IFE)" qui se trouvent à l'intérieur des cabines d'avions, peuveut être considérées comme des systèmes sans fil de haute densité, même si peu de nœuds sont relativement présents. Pour résoudre ce problème, nous proposons une architecture hétérogène de différentes technologies à fin de surmonter les contraintes spécifiques de l'intérieur de la cabine. Chaque technologie vise à résoudre une partie du problème. Nous avons réalisé diverses expérimentations et simulations pour montrer la faisabilité de l'architecture proposée. Nous avons introduit un nouveau protocole d'auto-organisation qui utilise des antennes intelligentes pour aider certains composants du système IFE; à savoir les unités d'affichage et leurs systèmes de commande, à s'identifier les uns les autres sans aucune configuration préliminaire. Le protocole a été conçu et vérifié en utilisant le langage UML, puis, un module de NS2 a été créé pour tester les différents scénarios.
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