Message dissemination in mobile delay tolerant networks

par Jingwei Miao

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Sonia Ben Mokhtar et de Lionel Brunie.

Le président du jury était Vivien Quéma.

Le jury était composé de Sonia Ben Mokhtar, Lionel Brunie, Vivien Quéma, Ernesto Damiani, Laurent Réveillère, Jean-Marc Nicod, Omar Hasan.

Les rapporteurs étaient Ernesto Damiani, Laurent Réveillère.

  • Titre traduit

    Diffusion d'informations dans les réseaux à retard mobiles tolérantes


  • Résumé

    Cette thèse traite de la dissémination de messages dans les réseaux tolérants aux délais (DTNs). Ce type d'environnements très contraints ouvre de nombreux défis parmi lesquels le routage qui exploite au mieux les critères de mobilité des noeuds, le routage utilisant un nombre réduit de copies du message à disséminer, le routage de messages respectant la vie privée des noeuds, le routage en présence de nœuds égoïstes. Ce sont ces défis que nous adressons dans le cadre de cette thèse. La première contribution de cette thèse consiste en un protocole de routage adaptatif pour les DTNs exploitant au mieux les critères de mobilité des nœuds. En particulier, ce protocole permet de déterminer à chaque fois qu'une décision de routage doit être prise, quel critère de mobilité augmente la probabilité que le message soit délivré à sa destination. Cette décision est prise grâce à une fonction d'utilité calculée par les nœuds après normalisation des valeurs décrivant les différents critères de mobilité. Le protocole est validé par des simulations faites en utilisant des traces de mobilité réelles et en comparaison avec des protocoles de l'état de l'art. Les résultats montrent de meilleures performances en terme de taux de délivrance de messages mais à coût plus élevé. La seconde contribution de cette thèse consiste en un protocole dont le but est d'adapter dynamiquement le nombre de copies de messages disséminés dans le réseau. Le protocole proposé dans cette thèse résout ce problème en pré-calculant un nombre de copies nécessaire pour atteindre une certaine probabilité de délivrance, puis en augmentant dynamiquement ce nombre au fur et à mesure que le délai d'expiration du message approche. Les résultats montrent que le protocole proposé offre un taux de délivrance équivalent aux protocoles les plus performants à un cout bien inférieur. La troisième contribution de cette thèse consiste en un protocole de routage dans les DTNs qui protège la vie privée des nœuds. En particulier, ce protocole protège les informations relatives à la mobilité des nœuds. Ceci est fait en se basant sur l'organisation des nœuds en communautés. En particulier, au lieu de comparer leur propres probabilités de rencontrer la destination d'un message donné, dans le protocole proposé, les nœuds comparent la probabilité qu'un nœud de leur communauté rencontre la destination. Afin de calculer cette probabilité au sein de la communauté de manière à préserver les valeurs individuelle, le protocole se base sur des algorithmes de cryptographie afin de calculer des produits de probabilité de manière à protéger les valeurs individuelles. Les résultats montrent que le protocole exhibe des performances équivalentes aux protocoles existants tout en étant le seul à respecter les informations confidentielles des usagers.


  • Résumé

    Mobile Delay Tolerant Networks (MDTNs) are wireless mobile networks in which a complete routing path between two nodes that wish to communicate cannot be guaranteed. A number of networking scenarios have been categorized as MDTNs, such as vehicular ad hoc networks, pocket switched networks, etc. The network asynchrony, coupled with the limited resources of mobile devices make message dissemination (also called routing) one of the fundamental challenges in MDTNs. In the literature, a large body of work has been done to deal with routing in MDTNs. However, most of the existing routing protocols are based on at least one of the following three assumptions: (1) all messages can be routed by relying on a single mobility property; (2) all messages can be routed using a single message allocation strategy; (3) users are willing to disclose their mobility information and relationships to others in order to improve the quality of the routing. We argue that the above three assumptions are not realistic because: (1) users can exhibit various social behaviors and consequently various mobility properties (e.g., they can have regular movements during week-days and exhibit non-predictable movements during week-ends); (2) some messages might need more or less copies to be delivered according to the localization of the source and the destination and to the urgency of the message; and (3) users mobility data can disclose sensitive information about the users. In this thesis, we relieve MDTN routing from the above three restrictive assumptions. Firstly, we propose an adaptive routing protocol for mobile delay tolerant networks. The proposed protocol can dynamically learn the social properties of nodes based on their mobility patterns, and exploit the most appropriate routing strategy each time an intermediate node is encountered. Simulations performed on real mobility traces show that our protocol achieves a better delivery ratio than existing state-of-the-art routing protocols that rely on a single mobility property. Secondly, we present a delay and cost balancing protocol for efficient routing in mobile delay tolerant networks. The presented protocol reasons on the remaining time-to-live of a message to dynamically allocate the minimum number of copies that are necessary to achieve a given delivery probability. Evaluation results show that the protocol can achieve a good balance between message delivery delay and delivery cost, compared with most of the existing routing protocols in the literature. Lastly, we propose an efficient privacy preserving prediction-based routing protocol for mobile delay tolerant networks. This protocol preserves the mobility patterns of a node from being disclosed by exploiting the mobility pattern of communities that node belongs to. Evaluation results demonstrate that this protocol can obtain comparable routing performance to prediction-based protocols while preserving the mobility pattern of nodes.


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