Assuring QoS in IEEE 802.11 EDCA multi-hop ad-hoc networks in the presence of misbehaving nodes

Abstract

This dissertation deals with the problem of misbehaviour in IEEE 802.11 multi-hop ad-hoc networks. Nodes in such networks can misbehave by manipulating channel access parameters in order to assure a higher probability of data transmission. The IEEE 802.11 standard does not contain any incentives for nodes to conform to the specification. This is in particular true for the Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) function which ensures Quality of Service (QoS) but also provides new means of misbehaviour. The following thesis is formulated: In multi-hop ad-hoc networks which use the EDCA function of the IEEE 802.11 standard, it is possible to improve traffic prioritising for the access categories defined in this standard in the presence of misbehaving nodes through the use of a QoS architecture which is able to detect and react to uncooperative node behaviour. The thesis is proved by the proposed detection method and reaction mechanism which can be used to identify and penalize misbehaving nodes in the network. Results have shown that both proposed solutions can be successfully used in single-hop and multi-hop networks. Furthermore, they can be incorporated into the IEEE 802.11 standard.

Niniejsza rozprawa dotyczy problemu niewłaściwych zachowań węzłów w sieciach ad-hoc typu multi-hop standardu IEEE 802.11. W pracy rozważono niewłaściwe zachowania węzłów, które charakteryzują się zmianą parametrów dostępu do kanału radiowego w celu zwiększenia prawdopodobieństwa transmisji. Skoncentrowano się na funkcji dostępu do kanału radiowego EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), która zapewnia QoS (Quality of Service) ale jednocześnie stwarza nowe możliwości niewłaściwych zachowań w stosunku do podstawowej funkcji DCF (Distributed Coordination Function). Postawiono więc następującą tezę: W sieciach ad-hoc typu multi-hop standardu IEEE 802.11 dla funkcji EDCA możliwa jest poprawa różnicowania ruchu dla kategorii dostępu zdefiniowanych przez ten standard w warunkach występowania węzłów niewłaściwie zachowujących się poprzez stworzenie odpowiedniej architektury QoS wykrywającej i reagującej na niewłaściwe zachowania węzłów. Teza ta została udowodniona poprzez zaproponowane w rozprawie: sposób detekcji węzłów niewłaściwie zachowujących się oraz sposób reakcji na ich obecność. Przeprowadzone badania wykazały, że zaproponowane sposoby detekcji i reakcji mogą być z powodzeniem wykorzystane w sieciach ad-hoc, zarówno typu single-hop jak i multi-hop. Ponadto, mogą być włączone do standardu IEEE 802.11 jako architektura QoS odporna na niewłaściwe zachowania węzłów.