Middleware for service provision in disconnected mobile ad hoc networks

par Roméo Said

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Frédéric Guidec.

  • Titre traduit

    Intergiciel pour la fourniture de services dans les réseaux mobiles ad hoc discontinus


  • Résumé

    Mobile ad hoc networks (MANETs) are spontaneously formed out of a number of mobile devices that communicate thanks to short-range wireless communication capabilities (e. G. Wi-Fi, Bluetooth). In many ad hoc networks deployed in real conditions, mobile nodes can exhibit highly dynamic behaviors of mobility and volatility. Because of their behavior, the devices in such network environments form so-called "islands" whose topology evolves continuously, rather than a single fully connected network. In this work, I focus on this class of MANETs which I refer to as disconnected MANETs. Network-wide communication in disconnected MANETs is still a challenge, namely because routing techniques designed for fully connected MANETs cannot be applied. The store-carry-and-forward approach provides a solution. With this approach, a message can be stored temporarily on a node, in order to be forwarded later when circumstances permit. Mobility then becomes an advantage as it facilitates message propagation. Messages are therefore forwarded from one network node to another when these nodes have the opportunity to meet. The service-oriented computing (SOC) model seems suited for ad hoc environments because it emphasizes the decoupled nature of its entities. Effectively, the decoupling between a client entity and a provider entity becomes essential in mobile environments with a fluctuating availability of providers, and where end-to-end communications are not guaranteed. Still, in existing service-oriented systems, providers are usually supposed to be always available (e. G. Web services). Providers are also assumed to be continuously reachable in wireless mobile environments, where local connected networks can be created using Wi-Fi hotspots, or by creating ad hoc networks using proximity one-hop or routed multi-hop protocols. Therefore, implementing distributed services for such networks still poses several challenges. Not only network-wide communication features must be provided, in spite of constant network fragmentation, but aspects such as the unpredictable reachability of the providers, or potential communication delays, must be taken into account at the service level. I propose a service platform for mobile nodes that supports the execution of service-oriented applications in disconnected MANETs. The service platform is implemented as a middleware composed of two layers: a communication layer, and a service layer. The communication layer provides mechanisms to decouple two service entities in terms of temporaneous interaction, synchronous behavior, and mutual knowledge. For this layer, I use an opportunistic and content-driven protocol (DoDWAN). The service layer provides mechanisms that decouple service providers and clients in terms of interoperability and service contract. For this layer, I propose solutions for service discovery and invocation. The elements that construct the discovery protocol are the description and advertisement at the provider side, and collection and selection at the client side. Description uses functional and non-functional service properties, as well as context properties. Discovery is based on a peer-to-peer architecture, where a client collects only interesting services. Content-based invocations are used to benefit from the service replication, where a multitude of providers can be offering the same business service. A client creates a functional request according to a discovered provider, then publishes its content-based request message to the attention of all compatible providers. After being satisfied, the client can initiate the healing of residual request and response messages from the network. The healing of response messages can also be initiated by the providers themselves according to the reliability of these responses. Using a prototype implementation of the middleware, I conducted simulations in a disconnected MANET environment. The performances of discovery is directly related to those of the underlying communication layer. Simulations confirm the benefits of content-based invocations in providing faster response times and better client satisfaction. Simulations also show the drastic reduction of redundant and leftover messages when applying the healing mechanisms.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Les réseaux mobiles ad hoc (MANETs) se forment spontanément à partir d'un nombre de terminaux mobiles qui communiquent en utilisant des interfaces sans fil à faible portée (e. G. Wi-Fi, Bluetooth). Dans la plupart des réseaux ad hoc déployés dans des conditions réelles, les terminaux mobiles peuvent avoir des comportements de mobilité et de volatilité très dynamiques. À cause de leur mobilité, leur faible portée, et leur volatilité, les terminaux forment des îlots de connectivité qui évoluent continuellement. Dans cette thèse, je vise ce type de réseaux, qui sont appelés MANETs discontinus. Les communications dans les MANETs discontinus présentent un défi parce que les protocoles de routages conçus pour les MANETs connexes ne s'appliquent pas. L'approche store-carry-and-forward permet à un noeud de stocker temporairement un message, afin de l'envoyer plus tard quand les conditions deviennent favorables. La mobilité des noeuds devient un avantage en facilitant la propagation des messages : un noeud peut transférer un message d'un îlot vers un autre. L'approche orientée services semble appropriée pour mettre en oeuvre des applications dans les MANETs discontinus à cause de la nature découplée des entités. En effet, le découplage entre un client un fournisseur de service est essentielle dans un environnement où la disponibilité des fournisseurs est fluctuante, et où les communications de bout en bout ne sont pas garanties. Malgré ce découplage, dans les systèmes orientés services existants, les fournisseurs sont supposés toujours disponibles (e. G. Services Web). Les fournisseurs sont aussi considérés accessibles dans les réseaux locaux utilisant des bornes Wi-Fi, ou bien dans les réseaux ad hoc de proximité à un saut ou routés à plusieurs sauts. Bien que l'approche orientée services semble appropriée dans les MANETs discontinus, la mise en oeuvre de services distribués nécessite des communications dans l'ensemble du réseau malgré la fragmentation. En outre, la mise en oeuvre doit prendre en compte l'accessibilité non prévisible des fournisseurs, ainsi que les délais potentiels de la communication. Cette thèse propose une plate-forme de services pour les terminaux mobiles, qui supporte l'exécution d'applications orientées services dans les MANETs discontinus. La plate-forme consiste en un intergiciel structuré en deux couches : une couche communication et une couche service. La couche communication permet le découplage entre deux entités en terme d'interactions dans le temps, de comportement synchrone, et de connaissance mutuelle. Pour cette couche, un protocole opportuniste et basé contenu est utilisé (DoDWAN). La couche service permet le découplage entre les fournisseurs de services et les clients en terme d’interopérabilité et de contrat de service. Pour cette couche, des solutions de découverte et d'invocation de services sont proposées. Les éléments du protocole de découverte sont la description et la publication du coté fournisseur, et la collection et sélection du coté client. La description utilise des propriétés fonctionnelles et non-fonctionnelles du service, ainsi que des propriétés contextuelles. La découverte est basé sur le modèle pair-à-pair, où un client ne collectionne que les services intéressants. Les invocations sont basées contenus pour bénéficier de la réplication de services, dans les cas où plusieurs fournisseur peuvent fournir le même service métier. Le client crée sa requête selon un fournisseur déjà découvert, mais il publie cette requête pour être reçue par tous les fournisseurs compatibles. Après être satisfait, le client peut commencer de guérir le réseaux des messages résiduelles. Les fournisseurs aussi peuvent guérir le réseaux avant même la satisfaction du client. Des simulations dans un MANET discontinu sont effectuées. La performance de la découverte est directement liée à celle du protocole de communication. Les simulations montrent que l'utilisation des invocations basées contenus permet des meilleurs temps de réponses et une meilleure satisfaction du client. Les simulations montrent aussi que les mécanismes de guérison du réseau sont efficaces

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-111 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 105-111

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