Conception de protocoles de la couche MAC et modélisation des réseaux hétérogènes de nouvelle génération

MAC protocols design and a cross-layered QoS framework for next generation wireless networks

• Auteur / Autrice : Essaïd Sabir
• Direction : Eitan Altman, Rachid El-Azouzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 24/09/2010
• Etablissement(s) : Avignon en cotutelle avec Université Mohammed V-Agdal (Rabat, Maroc ; 1993-2014)
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire informatique d'Avignon
• Jury : Président / Présidente : El-Houssine Bouyakhf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yezekael Hayel, Abdenabi Belhadj
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tijani Chahed, Mohammed Elkoutbi, Bouabid El Ouahidi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de Service (télécommunications)

Estimation de paramètres

Accès -- Contrôle

Réseaux ad hoc (informatique)

Évaluation

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Interconnexion de réseaux (télécommunications)

Mots clés libres

Accès aléatoire

Réseaux hétérogènes

Réseaux ad hoc

Théorie des jeux

Théorie des files d'attente

Modèle inter-couches

QdS

Codes Fountain

Random access

Heterogeneous networks

Ad hoc networks

Game theory

Queuing theory

Cross-layer

QoS

Fountain codes

Résumé

Ce manuscrit est centré sur la conception, l'amélioration et l'évaluation des protocoles des couches RESEAU, MAC et PHY. En particulier, nous nous focalisons sur la conception de nouveaux protocoles distribués pour une utilisation optimale/améliorée des ressources radio disponibles. Par ailleurs, nous caractérisons les performances des réseaux ad hoc à accès aléatoire au canal en utilisant des paramètres de plusieurs couches avec aptitude de transfert d'information (data forwarding). La majeure partie de nos analyses se base sur le concept d'interaction entre les couches OSI (cross-layer). En effet, cette nouvelle et attractive approche est devenue en peu de temps omniprésente dans le domaine de recherche et développement et dans le domaine industriel. Les métriques de performances qui nous intéressent sont la stabilité des files d'attentes de transfert, le débit, le délai et la consommation d'énergie. Principalement, la compréhension de l'interaction entre les couches MAC/PHY et routage du standard IEEE 802.11e DCF/EDCF, d'une part, et l'interaction entre noeuds en terme d'interférences, d'autre part, constituent le coeur central de notre travail

The present dissertation deals with the problem of under-utilization of collision channels and other related problems in wireless networks. It deals with the design of random access protocols for wireless systems and provides a mathematical framework for performance evaluation of multihop based heterogeneous wireless networks. This thesis is divided into three parts. In the first part, we propose new versions of slotted aloha incorporating power control, priority and hierarchy. Our simulations were important to understand the behaviour of such a system and the real impact of involved parameters (transmit power, transmit rate, arrival rate, hierarchy order). Both team problem (common objective function is maximized) and game problem (each user maximizes its own objective) were discussed. Introducing hierarchy seems to provide many promising improvement without/or with a low amount of external information. We also proposed two distributed algorithms to learn the desired throughput. Next, we developed in the second part an analytical Framework to evaluate performances of multihop based heterogeneous Wireless networks. We built a cross-layer model and derived expression of stability, end-to-end throughput and end-to-end delay. Furthermore, we provided an accurate approximation for the distribution of end-to-end delay in multihop ad hoc networks (operating with slotted aloha protocol). As a direct application, we highlighted how streaming and conversational flows could be supported in this class of ubiquitous networks. The third part of this thesis is devoted to understanding and modelling of IEEE 802.11e DCF/EDCF-operated multihop ad hoc networks. We indeed built a complete and simple APPLICATION/NETWORK/MAC/PHY cross-layered model with finite retries per packet per flow. We analyzed the stability of forwarding queues and derived expression of end-to-end throughput. We finally proposed a Fountain code-based MAC layer to improve the throughput/fairness over the network