Une approche inter-couche pour le routage multi-contraintes dans les réseaux sans fils multi-sauts

A cross-layer approach for muti-constrained routing in 802.11 wireless mutli-hop networks

• Auteur / Autrice : Mohamed Riadh Kortebi
• Direction : Nazim Agoulmine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/01/2009
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Minet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monique Becker, Yvon Gourhant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hossam Afifi, Ken Chen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Téléphonie Internet

Systèmes de communication sans fil

Réseaux d'ordinateurs

Mots clés libres

VoIP

Wireless multi-hop networks

Cross-layer design

Multi-constrained touting

Résumé

Les réseaux sans fil multi-saut (WMN : Wireless multi-hop Networks) sont passés du stade de simple curiosité pour revêtir aujourd'hui un intérêt certain aussi bien du point de vue de la communauté de recherche que des opérateurs de réseaux et services. En analysant les services et applications fournis au sein des réseaux WMNs, nous pouvons constater que certaines applications telles que la visioconférence, la VoIP, etc sont sensibles au délai et nécessitent une certaine qualité de service (QoS). D'autres applications telles que le transfert de fichier, le streaming vidéo, etc. sont gourmands en terme d'utilisation de bande passante. Par conséquent, les architectures de communication des réseaux WMNs doivent intégrer des mécanismes de routage efficaces et adaptés pour répondre aux besoins des services et applications envisagés. Dans cette thèse, Nous nous intéressons à la problématique du routage dans les réseaux WMNs. Notre objectif est de proposer une nouvelle approche de routage qui prend en compte différents métriques de coûts. Tout d'abord, nous avons montré que le routage sous contraintes multiples est un problème NP complet et que trois étapes sont nécessaires à la conception d'une nouvelle solution de routage: (i) modélisation de l'interférence, (ii) l'estimation de la de la bande passante restante, (iii) l'estimation du délai à un saut. Suivant cette vision, nous avons proposé deux variantes du protocole de routage OLSR (SP-OLSR, S2P-OLSR) se basant sur la métrique SINR. Les résultats des simulations ont montré l'intérêt de la proposition dans un contexte de communication vocale (VoIP). Ensuite, nous avons proposé un algorithme d'estimation d'interférence à 2 sauts (2-HEAR) afin d'estimer la bande passante disponible. Puis, et sur la base de cet algorithme, nous avons proposé une nouvelle métrique de routage pour les WMNs: Estimated Balanced Capacity (EBC) en vue de parvenir à l'équilibrage de charge entre des différents flux. La dernière question abordée dans cette thèse est celle de l'estimation du délai à un saut. La solution proposée donne une borne du délai en se basant sur un modèle de file d'attente de type G/G/1. Enfin, nous avons englobé toutes les précédentes contributions pour mettre en place une nouvelle approche de routage hybride sous contraintes multiples. Ce protocole comporte une partie proactive utilisant la nouvelle métrique de routage (EBC) et une partie réactive qui permet de prendre en compte le délai relative à une connexion donné.

There is a growing interest in wireless multi-hop networks (WMNs) since there are promising in opening new business opportunity for network operators and service providers. This research field aims at providing wireless communication means to carry different types of applications (FTP, Web browsing, video streaming, in addition to VoIP). Such applications have different constraints and their specific requirements in terms of Quality of Service (QoS) or performance metrics (delay jitter, end-to-end delay). We examine, in this thesis, the problem of routing in WMNs. Our main goal is to propose a new multi-metrics routing capable to fit these particular needs. In this thesis, we make several contributions toward WMN multi-constrained routing. First, we show that the multi-constrained path finding problem is NP-Complete and inherently a cross-layer issue, and that three steps are necessary to design the multi-metric routing protocol: (i) modeling of the inferring signal, (ii) estimation of the remaining bandwidth, (iii) estimation of the one-hop delay. Second, moving in such direction, we propose two enhanced versions of the OLSR routing protocol. The suggested protocols consider the SINR as a routing metric to build a reliable topology graph. Performance evaluation shows that utilizing such routing metric helps to improve significantly the VoIP application quality in the context of ad hoc network while maintaining a reasonable overhead cost. Third, we have proposed a 2-Hop interference Estimation Algorithm (2-HEAR) in order to estimate the available bandwidth. Then, and based on such algorithm, we have proposed a novel routing metric for WMNs: Estimated Balanced Capacity (EBC) in order to achieve load-balancing among the different flows. The next issue tackled in this thesis is the one-hop delay estimation, the one-hop delay is estimated by means of an analytical model based on G/G/1 queue. Finally, we have encompassed all the previous contributions to address our main goal, i.e. the design of a multi-constrained routing protocol for WMNs. A hybrid routing protocol is then proposed. This protocol is a junction of two parts : a proactive part that makes use of the previously estimated constraint, and a reactive part, which is triggered ”on demand” when news applications are expressed.