Analyse et conception des métriques de qualité de liens et routage dans les réseaux sans fil

Analysis and design of quality link metrics for routing protocols in Wireless Networks

• Auteur / Autrice : Nadeem Javaid
• Direction : Karim Djouani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 15/12/2010
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Images, Signaux et Systèmes Intelligents (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Kamel Barkaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Djouani, Olivier Brun
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jalel Ben-Othman, Jacobus Barend Van Wyk

Mots clés

Mots clés contrôlés

OLSR (protocole de réseaux d'ordinateurs)

IEEE 802.11 (norme)

Réseaux d'ordinateurs

Mots clés libres

Lien

Routage

Qualité

Réseaux sans fil

Aodv

Olsr

Link

Routing

Quality

Wireless networks

Aodv

Olsr

Résumé

Les travaux de recherche menés dans le cadre de cette thèse concernent l'amélioration du débit et de la qualité de service dans les réseaux sans fil basés sur les standards de la famille 802.11. Des simulations exhaustives ont été menées pour l'analyse et l'évaluation des performances des protocoles de routages réactifs AODV, DSR et DYMO ainsi que des protocoles de routage proactifs DSDV, FSR et OLSR. Plusieurs paramètres ont été considérés comme la mobilité des noeuds la charge du réseau et la mise à l'échelle. Nous pouvons observer que la métrique de qualité de lien est un paramètre important dans toute stratégie de routage. L'objectif du présent travail est de proposer une analyse comparative des différents protocoles de routage, basée sur les métriques de qualité de lien et de proposer une nouvelle métrique permettant d'améliorer le routage en termes de routage et de délai bout-en-bout. Dans la disparité des métriques proposées dans la littéraire, la métrique ETX (Expected Transmission Count) a été largement utilisée. Aussi, nous focaliserons, principalement, sur les métriques basées sur ETX. Notre constatation est que les besoins en termes de qualité de service dans les réseaux sans fil multi-saut, sont affecté entre autre par le protocole de routage adopté et la métrique de lien utilisée. Cependant, ceci est aussi strictement lié à la qualité des canaux de communication au niveau physique et l'état des files d'attente au niveau MAC. Aussi, une nouvelle métrique de qualité de lien est proposée, basée sur ETX et appelée IBETX (Interference and Bandwidth Adjusted ETX). Cette nouvelle métrique prend en considération les effets de l'interférence et de l'impact de l'état de la couche MAC sur les performances des liens de communication. Des simulations ont été conduites sous NS-2 afin de montrer l'intérêt de la métrique utilisée. Ainsi IBETX améliore le débit efficace de 19% par rapport à ETX et de 10% par rapport à ETP (Expected Throughput). Par ailleurs, la métrique proposée réduit le délai bout en bout de 16% par rapport à ELP ( Expected Link Performance) et de 24% par à ETX

This dissertation endeavors to contribute enhancements in goodputsof the IEEE 802.11-based Wireless Multi-hop Networks (WMhNs).By performing exhaustive simulations, for the deep analysis and detailed assessment of both reactive (AODV, DSR, DYMO) and proactive (DSDV, FSR, OLSR) protocols for varying mobilities, speeds, network loads and scalabilities, it is observed that a routing link metric is a significant component of a routing protocol. In addition to finding all available paths, the fastest end-to-end route is selected by a link metric for the routing protocol. This study aims the quality routing. In the class of quality link metrics, Expected Transmission Count (ETX) is extensively used. Thus, the most recently proposed ETX-based metrics have been analyzed. Though, newly developed metrics over perform ETX but still they can be improved. By profound analysis and particularized comparison of routing protocols depending upon their classes (reactive and proactive) and ETX-based metrics, we come to realize that users always demand proficient networks. In fact, WMhNs are facing several troubles which they expect to be resolved by the routing protocol operating them. Consequently, the protocol depends upon the link metric for providing quality paths. So, we identify and analyze the requirements to design a new routing link metric for WMhNs. Because, considering these requirements, when a link metric is proposed, then : firstly, both the design and implementation of the link metric with a routing protocol become easy. Secondly, the underlying network issues can easily be tackled. Thirdly, an appreciable performance of the network is guaranteed. Keeping in view the issues of WMhNs, increasing demands of users and capabilities of routing protocols, we propose and implement a new quality link metric, Interference and Bandwidth Adjusted ETX (IBETX). As, MAC layer affects the link performance and consequently the route quality, the metric therefore, tackles the issue by achieving twofold MAC-awareness. Firstly, interference is calculated using cross-layered approach by sending probes to MAC layer. Secondly, the nominal bit rate information is provided to all nodes in the same contention domain by considering the bandwidth sharing mechanism of 802.11. Like ETX, our metric also calculates link delivery ratios that directly affect throughput and selects those routes that bypass dense regions in the network. Simulation results by NS-2 show that IBETX gives 19% higher through put than ETX and 10% higher than Expected Throughput (ETP). Our metric also succeeds to reduce average end-to-end delay up to 16% less than Expected Link Performance (ELP) and 24% less than ETX