Modélisation analytique et contrôle d'admission dans les réseaux 802.11e pour une maîtrise de la Qualité de Service

Analytical modeling and admission control in 802.11e EDCA for Quality of Service control in 802.11e wireless networks

• Auteur / Autrice : Nada Taher
• Direction : Nazim Agoulmine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 31/03/2009
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : Guy Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hossam Afifi, Bachar El Hassan, Yacine Ghamri-Doudane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André-Luc Beylot, Houda Labiod

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de Service (télécommunications)

IEEE 802.11 (norme)

Réseaux locaux sans fil

Mots clés libres

Modélisation analytique

Analytical modeling

Résumé

La maîtrise de la QoS dans 802.11e EDCA (Enhanced Distributed Coordination Function) ne peut être assurée que par un mécanisme de contrôle d’admission qui empêche le réseau d’atteindre un état de saturation critique et par la même garantit les besoins de QoS des applications voix/vidéo. Ce mécanisme de contrôle d’admission a besoin pour sa prise de décision de prédire les métriques de performances si un nouveau flux est admis. Dans le but de rendre les décisions efficaces, nous choisissons d’utiliser une méthode de prédiction basée sur un modèle analytique. Ce dernier doit remplir deux conditions : 1) fournir une bonne précision de prédiction et 2) avoir une complexité numérique faible et un temps de réponse limité. Vu que la majorité des modèles analytiques de la littérature ne satisfont pas à ces deux conditions, nous développons un nouveau modèle analytique pour EDCA qui est capable de prédire le débit et le délai d’accès des différentes Access Category (AC) d’EDCA. Ainsi, après la modélisation analytique du temps de transmission des ACs en prenant en compte le paramètre de différentiation TXOPLimit, nous développons un modèle analytique pour EDCA sous la forme d’une chaîne de Markov à quatre dimensions. Celui-ci est développé d’abord dans les conditions de saturation puis étendu aux conditions générales de trafic. Pour finir, nous proposons un algorithme de contrôle d’admission à implémenter au sein du point d’accès et qui utilise le modèle analytique proposé. Nous proposons un abaque de solution d’optimisation des paramètres d’accès d’EDCA. Le but étant d’améliorer les performances du mécanisme de contrôle d’admission par l’utilisation optimale des ressources du réseau.

The QoS control in 802.11e EDCA (Enhanced Distributed Coordination Function) cannot be assured without an admission control mechanism which is capable of stopping the network from reaching a high saturation state and therefore guarantee the QoS requirements for voice and video applications. This admission control mechanism needs to predict the performance metrics that can be achieved by the network before deciding to admit any new flow. In order to obtain accurate decisions, we chose to use a prediction method based on an analytical model. The later must 1) grant the best accuracy of the prediction and 2) have a low computational complexity. Knowing that the current literatures’ major analytical models do not satisfy these two conditions, we therefore develop a new analytical model for EDCA capable to predict the achievable performance metrics of different Access Categories (ACs) of EDCA such as the throughput and access delay. Hence, after the analytical modeling of the transmission time of different ACs while taking into account the TXOPLimit differentiation parameter, we develop an analytical model for EDCA based on a four dimensional Markov Chain. This model is developed first in the saturation conditions and then extended to general traffic conditions. Finally, we propose the admission control algorithm to be implemented within the QoS Access Point (QAP) that uses the analytical model proposed. As a final point, we propose an abacus solution to optimize the configuration of EDCA access parameters. The objective is to enhance the performance of the admission control algorithm by the optimal use of network resources.