Qualité de service (QoS) dans les réseaux locaux sans fil basés sur la technologie IEEE 802. 11

Quality of service (QoS) in IEEE 802. 11-based Wireless l area networks ( WLAN )

• Auteur / Autrice : Adlen Ksentini
• Direction : Mohamed Naimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux locaux

Réseaux locaux sans fil

Résumé

Les prochaines générations de réseaux locaux sans fil ou Wireless Local Area Network (WLAN) sont amenées à supporter différents types de services et trafics. Parmi ces services, les applications multimédia qui contrairement aux applications Web et de données, requièrent des garanties strictes des paramètres de Qualité de Service ou Quality of Service (QoS). Pour exemples : (i) des délais de transfert dans le réseaux très minimes, (ii) une garantie de bande passante et un faible taux de perte de paquets. Cependant, garantir ces contraintes dans un réseau WLAN n'est pas une tâche facile étant donné que le standard IEEE 802. 11 ne fait aucune différenciation entre les flux. En effet, les couches MAC et physique concernées par les spécifications IEEE 802. 11 assurent seulement un transfert de données best-effort. Le standard IEEE 802. 11 en effet, couvre les deux couches basses du modèle OSI (MAC et physique). La couche MAC propose deux mécanismes d'accès au médium complètement différents : (i) un mécanisme distribué d'accès au canal ou Distributed Coordination Function (DCF), qui est exécuté indépendamment au niveau de chaque station sans fil ; (ii) un mécanisme basé sur une station centrale responsable de gérer l'accès au canal (Point Coordination Function (PCF)). L'accès de base qui a fait la popularité des réseaux IEEE 802. 11 est sans aucun doute DCF. Outre sa conception très simple, DCF permet de déployer un réseau sans fil en évitant tout besoin d'infrastructure et en ne nécessitant aucune gestion après le déploiement. En considérant que la clé de garantie de QoS dans les réseaux IEEE 802. 11 se situe au niveau des mécanismes d'accès au canal, notre travail par le biais de cette thèse est de s'intéresser aux moyens d'améliorer la couche MAC 802. 11 et particulièrement le mécanisme d'accès DCF, afin de supporter les trafics avec de fortes contraintes de QoS. Plus concrètement, les contributions de cette thèse sont organisées autour de deux grands axes : •l'optimisation des performances de l'algorithme Backoff Exponential Binary (utilisé par DCF) dans des environnements hostiles : (i) un taux élevé de collisions dû au grand nombre de stations dans le réseau ; (ii) un taux élevé de pertes de paquets dû aux interférences. •l'étude des concepts de QoS dans la couche MAC 802. 11 par le biais de l'introduction : (i) d'un nouveau protocole MAC 802. 11 capable de gérer la QoS ; (ii) une architecture inter-couche ou Cross Layer pour un transport robuste et fiable des flux vidéo H. 264 sur les réseaux IEEE 802. 11e.

Next-generation Wireless Local Area Networks (WLAN) are involved to support a variety of services and traffic types. Among these services real-time applications, unlike Web and data transfert, requiere a strict Quality of Service (QoS) support such as: (i) low end-to-end delays; (ii) bandwidth guarantee and low drop rate. Since the IEEE 802. 11 standard fails to introduce differentiation between traffic classes, providing QoS in 802. 11-based network is very challenging. Indeed, both MAC layer and Physical layer designed by the IEEE 802. 11 standard support only best-effort transmission. Usually, the IEEE 802. 11 standard features the specifications for the two OSI's lower layers (MAC and Physical). The Medium Access Control (MAC) introduces two medium access protocols that are conceptly different: (i) Distributed Coordination Function (DCF) is a contention-based access mechanim executed independatly at each wireless station; (ii) Point Coordination Function (PCF) is a pooling-based mechanism that needs a central station to regulate the wireless traffic. The popularity of IEEE 802. 11 is mainly due to DCF, whereas PCF is barely implemented in today's products due to its complexity and inneficiently for the data transmission. Further, unlike DCF that can be deployed in every network configuration (ad-hoc and infrastructure), PCF is designed only for infrastructure-based configuration. By considering that MAC layer is the key element that provides QoS support in 802. 11-based wireless networks, our work through this thesis is to study and improve the legacy MAC layer and more especially the DCF access mechanism. Accordingly, we leverage the MAC's capability to support real-time's QoS requirements. The contributions of this thesis are organized onto two axes: •Improve the Backoff Binary Backoff (BEB) algorithm employed by DCF in two hostils environements: (i) when the newtwork operates with high collisions (high network load); (ii) when the network operates in noisy environements (high Bit Error Rate). •Study the concepts and the fesability of QoS in the 802. 11 MAC layer through the introduction of: (i) a new MAC protocol featuring QoS supports; (ii) a cross-layer architecture involoving the H. 264 encoder and the 802. 11e MAC layer aiming at ensure a robust video transport over WLAN.