Adaptation to mobility in ad hoc networks
Adaptation à la mobilité dans les réseaux ad hoc
Résumé
Protocol studies on mobile multi-hop networks propose to improve network performance by linking protocol behavior to its evolution dynamics. The protocol adapts to the state of the network thanks to a set of metrics. Thus, for routing protocols, it's a matter of finding paths while considering the energy state of nodes, link bandwidth, quality of service, or even the dynamics of the topology, which is linked to the quality of wireless links and the mobility of network elements. The presented work deals with mobility adaptation in routing protocols and focuses on mobility metrics. In a first step, we analyze the adaptation process by identifying its characteristics, constraints and interest, and qualitatively study mobility metrics. We examine various research studies on mobility and its metrics, and propose an original taxonomy. We highlight the interest of metrics obtained by local and neighborhood measurement. In a second step, we evaluate the metrics by simulation. The aim is to determine the "best" mobility metric, i.e. the one that will bring the greatest performance gain to a protocol adaptation. The postulate is that the more the metric influences a protocol's performance, the more interesting it is for the protocol to adapt its behavior according to its value. Our analysis of the correlation between performance and metrics, on several routing protocols, does not reveal a best metric that is independent of context, i.e. density or mobility model. Nevertheless, we show the interest of the link duration metric. Finally, we develop two applications based on the metrics selected by the analysis. These are density, expressed by the number of neighbors, and mobility, expressed by the link duration for the first application, and by the number of route errors for the second. The first application implements adaptive MPR (Multi-Point Relay) element selection in the Optimized Link State Routing (OLSR) protocol, while the second develops adaptive cluster leader election and adaptive mode switching (with or without structure) for the Cluster Source Routing (CSR) protocol. For both applications, several adaptive strategies are considered; the best result is obtained in both cases by the strategy of adapting to mobility in addition to density. The work continues with a validation study of the results in relation to the mobility model. We deduce a method for applying, depending on mobility and density conditions, the following adaptations.
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
Origine : Version validée par le jury (STAR)