Profiterole : Un protocole de partage équitable de la bande passante dans les réseaux ad hoc

Profiterole : a bandwidth-fair protocol for ad-hoc networks

• Auteur / Autrice : Rémi Vannier
• Direction : Isabelle Guérin-Lassous
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'informatique du parallélisme (Lyon1988-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux ad hoc (informatique)

Mots clés libres

Profiterole

802. 11

Manet

Résumé

Les réseaux ad hoc ont ceci de différent des réseaux avec point d'accès qu'ils nécessitent encore moins d'infrastructure, puisque les entités qui les composent, plutôt que de communiquer exclusivement avec le point d'accès, sont des noeuds mobiles qui s'auto-organisent pour former un réseau. Du point de vue du concepteur de protocoles, cette topologie de réseau a deux implications : le fait que le réseau s'auto-organise impose de concevoir des mécanismes distribués, et la mobilité intrinsèque à ces réseaux implique que ces protocoles doivent être réactifs. C'est à ces réseaux que je me suis intéressé pendant ma thèse, et plus spécifiquement aux difficultés qu'y pose la norme IEEE 802. 11, norme des réseaux sans fil plus connue sous le nom de WiFi. On observe que dans ces réseaux, 802. 11 partage souvent la bande passante de manière très inégale, avec les conséquences que cela entraîne sur les services utilisant ces réseaux, mais aussi sur la stabilité des liens radio. La couche MAC de 802. 11, initialement développée pour les réseaux avec points d'accès, est à l'origine de ces problèmes. Le résultat principal de mes recherches est une proposition de protocole, appelé Profiterole, dont l'objectif est de réduire ces inégalités de partage de bande passante. Partant du constat que les informations disponibles au niveau MAC, souvent trop locales, sont insuffisantes pour assurer un partage à la fois efficace et équitable, le protocole Profiterole réside dans la couche routage et tire parti d'informations sur la topologie du réseau. La nouveauté de l'approche réside essentiellement dans la volonté que j'ai eu de la rendre applicable en pratique. L'algorithme de calcul des débits optimaux est donc distribué, et a un faible surcoût réseau. Durant l'exposé, je présenterai cette solution, et je tâcherai de démontrer les faiblesses des approches de niveau MAC et les avantages d'une approche de couche 3. Enfin, mes travaux m'ont conduit à m'intéresser aux métriques de qualité de service dans les réseaux sans fil. Je montrerai que l'équité à court terme a un impact positif sur la satisfaction à long terme des utilisateurs des réseaux ad hoc.

Ad hoc networks are different from standard access point wireless networks in the sense that they require even less infrastructure : instead of communicating exclusively with the access point, nodes that belong to such networks organize themselves to form a network. Such a topology has two implications on protocols for ad hoc networks; First, the mechanisms involved in these protocols need to be distributed among the nodes of the network. Second, since ad hoc networks are intrisically mobile, protocols have to be highly reactive. This thesis manuscript deals with the problems induced by the use of IEEE 802. 11 - the standard of wireless local area networks, also known as WiFi - in ad hoc networks. In these networks, it has been shown that 802. 11 may share the bandwidth in a very unfair way, wich has consequences on the stability of the radio links, and thus, on their reliability. The 802. 11 MAC layer, initially designed for WLANs, is responsible for these problems. The main result shown is a protocol called Profiterole which aims at reducing bandwidth unfairness. It is based on the fact that the MAC layer knowledge of the network is too local and restricted, and cannot take into account interactions with nodes that are more than one hop away. Profiterole lies in layer 3 and is combined with the routing protocol AODV. It takes advantage of the additionnal knowledge on the network topology provided by AODV. The novelty of this approach essentially lies in its tractability : the algorithm that computes the optimal throughputs is distributed, and has a very low network overhead. As a secondary result, this manuscript deals with Quality-of-Service metrics in ad hoc networks. This work intends to prove that short-term fairness has a positive impact on the long-term user satisfaction.