Gestion dynamique des topologies sans fils, Dynamic Management of Wireless Topologies

Issam Jabri

Description

Sous la direction de Thierry Divoux, Salem Nasri
Thèse soutenue le 08 novembre 2008: Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, Nancy 1
La problématique de la qualité de service dans les réseaux locaux sans fils IEEE 802.11 demeure l'un des défis délicats à surmonter par la communauté scientifique. L'étude et l'évaluation des approches apportés pour le support de QoS dans ce type de réseaux que ce soit par des simulations, des modèles analytiques ou des mesures réelles montrent que ces approches sont toujours insuffisantes pour apporter des vraies garanties de qualité de services aux utilisateurs sans fils. Suite à des travaux effectués au CRAN qui ont porté sur l'équilibrage des charges dans les réseaux Ethernet industriels nous avons opté pour une méthode d'équilibrage de charges dans le contexte des réseaux Hotspots 802.11. L'objectif de cette approche est d'équilibrer les charges des points d'accès pour satisfaire aux besoins en termes de qualité de service de l'ensemble des applications sans fils. Ces besoins sont exprimés en termes de disponibilité, de délais, de bande passante, etc. Nous avons alors définis un algorithme d'équilibrage de charges pouvant établir dynamiquement des associations optimales entre les utilisateurs présents dans un Hotspot et les points d'accès en service. Un protocole d'échanges entre les stations sans fils et les points d'accès et entre ces derniers et le serveur d'équilibrage de charges a été établi. Le fonctionnement de ce protocole a été vérifié et simulé en utilisant les outils SDL et MSC. Pour l'évaluation de la performance de l'approche d'équilibrage par rapport à la méthode d'accès de base du protocole, nous avons effectué une ensemble de simulations sur OPNET et montré que cette approche permet d'améliorer un ensemble de paramètres de qualité de service perçu par les utilisateurs d'un réseau Hotspot. Dans le futur, nous continuerons à travailler sur l'évaluation de cette approche couplée avec les nouvelles recommandations du standard IEEE 802.11e et à trouver les solutions techniques nécessaires à son implémentation.
-Equilibrage de Charges
The issue of quality of service in IEEE 802.11 Wireless LAN remains a delicate challenge to be overcome by the scientific community. The performance evaluation of actual approaches made to support QoS in these networks, also through simulations, analytical models or real measurements shows that these approaches are still insufficient to give real guarantees of quality of services to wireless users. Following the work being done by CRAN which focused on balancing loads in industrial Ethernet networks we opted for a method of load balancing in the hotspots 802.11. Our objective is to balance access points loads to meet the needs in terms of quality of service of wireless users application’s. These requirements are expressed in terms of availability, delays, bandwidth ... We defined a load balancing algorithm to dynamically establish optimal associations between users in a hotspot and access points in service. A protocol exchanges between wireless stations and access points and between access points and a load balancing server has been established. The operation of the protocol was verified and simulated using SDL and MSC tools. To evaluate the performance of the balancing approach over the 802.11 standard method, a set of simulations were carried out. Those OPNET simulations show that the proposed approach can improve a set of quality of service parameters by the wireless users. In the future, we continue to work on the evaluation of this approach coupled with the new recommendations of the IEEE 802.11e standard and to find technical solutions necessary for its implementation in real networks.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10062/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 201
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

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N° d’ordre 65/2007
U.F.R.SciencesetTechniquesMathématiques,InformatiqueetAutomatique
EcoleDoctoraleIAEMLorraine
DépartementdeFormationDoctoraleAutomatique


Thèse
Présentéeour’obtentionuitree
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy I
SpécialitéAutomatique,TraitementduSignaletGénieInformatique
Et
Docteur de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax
SpécialitéIngénieriedesSystèmesInformatiques
ParIssam JABRI

Gestion dynamique des topologies sans fils

Soutenueubliquemente8/11/2008evante.urycomposée/
Rapporteurs Habib YOUSSEF Professeur0’Institutupérieur’Informatiquet
desechniquese1ommunication,Hammam
Sousse
Thierry VAL Professeur0'UniversitéeoulouseIeirail

Examinateurs Mohamed Adel ALIMI Professeur0’Ecole4ationale’Ingénieursefax
Nicolas KROMMENACKER Maitreeonférences0l’UniversitéHenri
Poincaré4ancy
Salem NASRI Professeur0’Ecole4ationale’Ingénieurse
Monastir
Thierry DIVOUX Professeur0'Université2enri!oincaré4ancy



Centre de Recherche en Automatique de Nancy
Faculté des Sciences, B.P. 239, 54506 Vandœuvre lès Nancy
ii

Table des matières


Introduction générale………………..………………………………………………………1

Chapitre 1 Etat de l’art de la qualité de service dans les réseaux IEEE 802.11…………..5

1.ntroduction………………………………………………………………………….5
2.aualitéeervice…………………………………………………………………6
2.1.énéralitésuraualitéeervice……………………………………….6
2.2.ualitédeervice ansesréseauxansil………………………………10
2.2.1luetooth………………………………………………………………..11
2.2.2igbee…………………………………………………………………...12
2.2.3iperLAN……………………………………………………………….13
3.etandardEEE02.11…………………………………………………………..15
3.1.énéralités………………………………………………………………..15
3.2.odesopératoires………………………………………………………..16
3.2.1aonctionecoordinationistribuée………………………………….17
3.2.2aonctionecoordinationentralisée…………………………….......19
4.aualitéeervice ansesréseauxEEE02.11……………………………….21
4.1.roblématiqueeaualitéeserviceansleséseauxIEEE02.11…..21
4.2.imitesnermese9oSutandardEEE802.11…………………….22
4.2.1imitationselaméthode’accèse#aseCF……………………….22
4.2.2imitationselaméthode’accès!CF………………………………...25
4.3.esifférentesolutionseualitéeervice…………………………...26
4.3.1ntroduction……………………………………………………………..26
4.3.2eouveautandardEEE02.11e…………………………………….27
4.3.2.1ntroduction…………………………………………………………...27
4.3.2.2aéthode’accèsDCA…………………………………………...28
4.3.2.3aéthode’accès2CCA….31
4.3.2.4méliorationsuraormeEEE02.11e……………………………32
4.3.3méliorations#aséesurlaifférentiationdeservices……………..…33
4.3.4méliorations#aséesurleontrôle’erreurs…………………………38
4.3.5utrespproches ’améliorationeaualitéeervice………………39
5.onclusion………………………………………………………………………….41
Références…………………………………………………………………………….43

iiiChapitre 2 Equilibrage de charges pour la gestion de la qualité de service……………..47

1.ntroduction………………………………………………………………………...47
2.otivation………………………………………………………………………….48
2.1.tude eituationséelles………………………………………………..49
2.2.ynthèseestudessuressituationséelles…………………………….52
3.ravauxeliés………………………………………………………………………53
3.1.ravauxeheutAl……………………………………………………53
3.2.ravauxe!apanikostogothetis……………………………………..54
3.3.ravauxe2siaotAl…………………………………………………..55
3.4.ravauxe:alachandrantl…………………………………………..55
3.5.ravauxe:ajeranotl………………………………………………..57
3.6.ravauxeaniwalat1hiueh….58
3.7.ravauxe:rickleytl…….59
3.8.ravauxesaitien…………………………………………………..59
3.9.ravauxe;haotAl……………………………………………………59
3.10.ravauxeDelayostl……60
3.11.ropositionsindustriellesetormalisation……………………………...61
3.12.ynthèseesravauxeliés……………………………………………...61
4.roposition’unouvellgorithme’équilibrage…………………………………63
4.1.rchitecture$énéraleeaolution’équilibrage……………………….64
4.2.lgorithme’équilibrageeharge……………………………………...66
4.3.xemple…………………………………………………………………..69
4.4.méliorationel’algorithme…………………………………………….72
4.5.emarques………………………………………………………………..76
5.onclusion………………………………………………………………………….78
Références…………………………………………………………………………….79

Chapitre 3 Protocole d’équilibrage de charge………………………………………...…...82

1.ntroduction………………………………………………………………………...82
2.pécificationurotocole………………………………………………………….83
2.1.oindreunoint’accèsanslestandard02.11………………………..83
2.2.rotocole’équilibrageeharge………………………………………..85
3.xemplesecénarios……………………………………………………………..91
4.alidationtimulationsuomportementynamiqueusystème……..………..94
4.1.odèleSDLuystème’équilibrage…………………………………..96
4.2.imulationsSCuystème’équilibrage……………………………..99
5.daptationurotocole’équilibrageutandard02.11………………………102
6.onclusion………………………………………………………………………..104
Références…………………………………………………………………………...105
iv
Chapitre 4 Evaluation des performances de l’approche d’équilibrage de charge……..108

1.ntroduction……………………………………………………………………….108
2.résentatione’environnement eimulationEPNETodeler………………..109
3.imulationstésultats……………………………………………………………115
3.1.ortéesdesransmissions……………………………………………….115
3.2.omparaisoneotrepproched’équilibragedehargeparapportu
standard……………………………………………….……………...117
3.3.ffete’utilisationde’échangeTS/CTS……………………………128
3.4.valuationesméliorationspportéesàotrepproche..……………..135
4.ynthèsedesésultats……………………………………………………………..142
5.onclusion………………………………………………………………………...143
Références…………………………………………………………………………...145

Conclusions et perspectives…………………………………..……………………………147

Format des trames 802.11…..………………………………..……………………………151

Glossaire…………………………………………………………………………………….154

Liste des publications…...………………...…………………..……………………………157
v

Table des Figures



1.1ositionnementutandardEEE02.11arapportumodèleESI……………….15
1.2rchitectureénérale’unéseauEEE02.11nodeinfrastructure……………..17
1.3éthode’accèsCFFéchangeRTS/CTStilisé)…………………………………..19
1.4onctioneoordinationentralisée…………………………………………………20
1.5erformancesuodeCFnermese#andeassanteFNi,004)……………….23
1.6erformancesuodeCFnermeseélaisFNi,004)…………………………23
1.7andeassantecumuléeansneellule(Heusse,003)…………………………...25
1.8uatreiles’accès ’unetationaméliorée)02.11e………………………………...29
1.9aontentionuanalendantneériodeDCA………………………………….31
1.10rocédure2CF………………………………………………………………………32
1.11lassificationespprochesedifférentiationeervices…………………………34
1.12éthode’accès:lackburst..……………………………………………………….35

2.1rchitectureuystème’équilibrageeharges...………………………………….66
2.2lgorithme’équilibrageeharges...……………………………………………….68
2.3opologieuéseaupublic…………………………………………………………...69
2.4iveauehargeinitialesoints’accès…………………………………………..70
2.5hargeesPsuite0aremièretération…………………………………………70
2.6hargeesPsuite0aeuxièmetération………………………………………...71
2.7opologieuéseaupublicprèséquilibragedeharges…………………………….72
2.8opologienitialeuéseauublic…………………………………………………...73
2.9hargenitialeesPs……………………………………………………………….74
2.10hargeesPsprèsaeuxièmetération………………………………………...74
2.11hargeesPsprèsaeuxièmetération(avecH=10%)………………………...75
2.12hargeesPsprèsatroisièmetération(avecH=10%)….……

3.1tructure’unerameeestion……………………………………………………..86
3.2tructure’unlément’information………………………………………………..87
vi