Inférence des graphes de conflits dans les réseaux Wi-Fi à infrastructure

Inference of conflict graphs in WIFI infrastructure networks

• Auteur / Autrice : Lafdal Abd El Wedoud
• Direction : Anthony Claude Busson, Isabelle Guérin-Lassous, Mohamedade Farouk Nanne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/09/2021
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université de Nouakchott
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'informatique du parallélisme (Lyon ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Vèque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anthony Claude Busson, Isabelle Guérin-Lassous, Mohamedade Farouk Nanne, Katia Jaffrès-Runser, Cheikh Sarr, Franck Rousseau, Hamida Seba Lagraa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katia Jaffrès-Runser, Cheikh Sarr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphes de précédence

Internet -- Gestion

IEEE 802.11 (norme)

Informatique -- Recherche

Mots clés libres

Wi-Fi

Graphe de conflit pondéré

Inférence

Allocation des canaux

IEEE 802.11

Effacer l'évaluation du canal

Wi-Fi

Weighted conflict graph

Inference

Channel allocation

IEEE 802.11

Clear Channel Assessment

Résumé

Les travaux de cette thèse se décompose en deux parties : dans la première partie nous avons travaillé sur la problématique d’inférence des graphes de conflits dans les réseaux Wi-Fi ; et dans la deuxième partie, nous avons travaillé sur l’utilisation de ces graphes de conflits dans l’optimisation des réseaux Wi-Fi et plus précisément sur l’allocation des canaux. Les réseaux Wi-Fi en mode infrastructure sont composés de plusieurs points d’accès (AP) pour former un ensemble de services étendus. Ces points d'accès peuvent interférer les uns avec les autres dès qu'ils utilisent le même canal ou des canaux se chevauchant. Un modèle classique pour décrire les interférences est le graphe de conflit. Comme le niveau d'interférence varie dans le réseau et dans le temps, nous considérons dans cette thèse un graphe de conflit pondéré. Dans une première partie de la thèse, nous proposons une méthode pour déduire les poids du graphe de conflit d'un réseau Wi-Fi. Les poids représentent la proportion d'activité d'un voisin détectée par le mécanisme Clear Channel Assessment de la norme IEEE 802.11. Notre méthode repose sur un modèle théorique basé sur les réseaux de Markov appliqué à une décomposition du graphe de conflit original. L'entrée de notre solution est l'activité mesurée à chaque point d'accès, mesures disponibles en pratique. La méthode proposée est validée par des simulations ns-3 réalisées pour différents scénarios. Les résultats montrent que notre solution est capable d'estimer avec précision les poids du graphique de conflit. Dans la deuxième partie nous avons utilisé le graphe de conflits pondéré dans les algorithmes d’allocation des canaux. Les algorithmes d'allocation de canaux dans les réseaux Wi-Fi consistent à associer à chaque point d'accès un canal. L’idée de cette étude est d’évaluer le gain que l’on peut obtenir en terme de performances lorsqu’un graphe des conflits pondéré est prise en compte. Un modèle est proposé pour calculer le débit de chaque point d'accès pour une allocation donnée. Ce modèle est combiné à un algorithme glouton qui vise à trouver l'allocation qui maximise l'équité proportionnelle. L’équité proportionnelle est une métrique qui vise à prendre en compte à la fois le débit globale du réseau et une forme d’équité entre les AP. Des simulations basées sur le récent amendement IEEE 802.11ax ont été effectuées pour des topologies avec quelques points d'accès et des réseaux très denses (de plusieurs dizaines de points d’accès). Les résultats montrent que lorsque le réseau est dense ou contraint, il y a un gain à utiliser un graphe des conflits pondérés.

The work of this thesis can be broken down into two parts: in the first part we worked on the problem of inference of conflict graphs in Wi-Fi networks; and in the second part, we worked on the use of these conflict graphs in the optimization of Wi-Fi networks and more precisely on the allocation of channels. Infrastructure mode Wi-Fi networks are made up of multiple access points (APs) to form a set of extended services. These access points can interfere with each other as soon as they use the same channel or overlapping channels. A classic model for describing interference is the conflict graph. As the level of interference varies in the network and in time, we consider in this thesis a weighted conflict graph. In the first part of the thesis, we propose a method to deduce the weights of the conflict graph of a Wi Fi network. The weights represent the proportion of a neighbor's activity detected by the Clear Channel Assessment mechanism of the IEEE 802.11 standard. Our method is based on a theoretical model based on Markov networks applied to a decomposition of the original conflict graph. The input to our solution is the activity measured at each access point, measurements available in practice. The proposed method is validated by ns-3 simulations carried out for different scenarios. The results show that our solution is able to accurately estimate the weights of the conflict graph. In the second part we used the conflict graph weighted in channel allocation algorithms. The channel allocation algorithms in Wi-Fi networks consist in associating a channel with each access point. The idea of this study is to evaluate the gain that can be obtained in terms of performance when a weighted conflict graph is taken into account. A model is proposed to calculate the throughput of each access point for a given allocation. This model is combined with a greedy algorithm that aims to find the allocation that maximizes proportional equity. Proportional equity is a metric that aims to take into account both the overall throughput of the network and a form of equity between APs. Simulations based on the recent IEEE 802.11ax amendment were performed for topologies with a few access points and very dense networks (several dozen access points). The results show that when the network is dense or constrained, there is a gain in using a weighted conflict graph.