Architecture et mécanismes de bout en bout pour les communications mobiles et sans fil dans l'Internet

End to end architecture and mechanisms for mobile and wireless communications in the Internet

• Auteur / Autrice : Lei Zhang
• Direction : Michel Diaz, Patrick Sénac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, réseaux
• Date : Soutenance le 05/10/2009
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Diaz, Patrick Sénac

Mots clés

Mots clés libres

Gestion de la mobilité

IEEE80211

IEEE80216

Couche MAC

Cross layer

Wireless networks

Mobility management

MAC layer performance

IEEE 802.11

IEEE 802.16

Cross layer

Résumé

Architecture et mécanismes de bout en bout pour les communications mobiles et sans fil dans l'Internet. La gestion performante de la mobilité et l'amélioration des performances des couches basses sont deux enjeux fondamentaux dans le contexte des réseaux sans fil. Cette thèse apporte des solutions originales et innovantes qui visent à répondre à ces deux problématiques empêchant à ce jour d'offrir des possibilités de communication performantes et sans couture aux usagers mobiles accédant à l'Internet via des réseaux d'accès locaux sans fil (WLAN). Ces solutions se distinguent en particulier par l'impact minimum qu'elles ont sur les protocoles standards de l'Internet (niveaux transport et réseau) ou de l'IEEE (niveaux physique et liaison de données). S'inscrivant dans les paradigmes de "bout en bout" et "cross-layer", notre architecture permet d'offrir des solutions efficaces pour la gestion de la mobilité : gestion de la localisation et des handover en particulier. En outre, nous montrons que notre approche permet également d'améliorer l'efficacité des transmissions ainsi que de résoudre efficacement plusieurs syndromes identifiés au sein de 802.11 tels que les anomalies de performance, l'iniquité entre les flux et l'absence de contrôle de débit entre la couche MAC et les couches supérieures. Cette thèse résout ces problèmes en combinant des modèles analytiques, des simulations et de réelles expérimentations. Ces mécanismes adaptatifs ont été développés et intégrés dans une architecture de communication qui fournit des services de communication à haute performance pour réseaux sans fils tels que WIFI et WIMAX.

Wireless networks, because of the potential pervasive and mobile communication services they offer, are becoming the dominant Internet access networks. However, the legacy Internet protocols, still dominant at that time, have not been designed with mobility and wireless in mind. Therefore, numerous maladjustments and “defaults of impedance” can be observed when combining wireless physical and MAC layers with the traditional upper layers. This thesis proposes several solutions for a pacific coexistence between these communication layers that have been defined and designed independently. Reliable mobility management and Low layer performance enhancements are two main challenging issues in the context of wireless networks. Mobility management (which is mostly based on mobile IP architecture nowadays) aims to continuously assign and control the wireless connections of mobile nodes amongst a space of wireless access networks. Low layer performance enhancements mainly focus on the transmission efficiency such as higher rate, lower loss, interference avoidance. This thesis addresses these two important issues from an original and innovative approach that, conversely to the traditional contributions, entails a minimum impact on the legacy protocols and internet infrastructure. Following the “end to end” and “cross layer” paradigms, we address and offer efficient and light solutions to fast handover, location management and continuous connection support through a space of wireless networks. Moreover, we show that such an approach makes it possible to enhance transmission efficiency and solve efficiently several syndromes that plague the performances of current wireless networks such as performance anomaly, unfairness issues and maladjustment between MAC layer and upper layers. This thesis tackles these issues by combining analytical models, simulations and real experiments. The resulting mechanisms have been developed and integrated into adaptive mobility management communication architecture that delivers high performing communication services to mobile wireless systems, with a focus on WIFI and WIMAX access networks.