Fundamental limits of wireless ad hoc networks: upper MO bounds

This report addresses the problem of deriving fundamental trade-off bounds for wireless ad hoc networks when multiple performance criteria are of interest. It proposes a MultiObjective (MO) performance evaluation framework composed of a broadcast and interference-limited network model, a steady state performance metric derivation inspired by a discrete Markov chain formalism and formulates the associated MO optimization problem. Pareto optimal performance bounds between end-to-end delay and energy for a capacity-achieving network are given for the 1-relay and 2-relay networks and assessed through simulations. Key-words: fundamental limits, capacity, delay, energy, wireless networks, upper bound, multiobjective bound ∗ University of Toulouse, IRIT ENSEEIHT, Toulouse, France † INRIA Rhône-Alpes, France ‡ ICT, Chinese Academy of Science, Beijing, China § University of Lyon, INSA de Lyon, France ¶ Stevens Institute of Technology, USA ha l-0 06 41 08 9, v er si on 2 15 D ec 2 01 1 Evaluation de performance Pareto-optimale de réseaux sans-fil avec prise en compte de canaux à diffusion limités en interférence Résumé : Ce rapport s’intéresse au problème du calcul des limites fondamentales d’un réseau sans-fil d’un point de vue multi-critères. Il propose un cadre multi-critère qui se compose: (i) d’un modèle de réseau qui prend en compte le caractère diffusant du médium radio ainsi que la limitation due aux interférences sur le canal de transmission, (ii) d’une modélisation pour la dérivation de métriques de performance en régime permanent inspirée d’une chaine de Markov discrète et (iii) d’une formulation du problème d’optimisation multi-objectif qui permet d’obtenir des bornes supérieures multi-critères sur les performances du réseau. Les bornes Pareto-optimales qui présentent une borne supérieure sur les les compromis entre le délai de bout en bout et l’énergie consommée pour un réseau multi-saut à 1 et 2 relais sont données. Elles sont validées à l’aide de simulations. Mots-clés : limites fondamentales, capacité, délai, énergie, réseau sans-fil, borne supérieure, borne multicritères ha l-0 06 41 08 9, v er si on 2 15 D ec 2 01 1 Pareto-optimal performance evaluation of wireless networks 3