Analyse et optimisation des protocoles d'accès dans les réseaux sans fil ad hoc
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this thesis, we study the Medium Access protocols in wireless ad hoc networks by evaluating their performances with respect to others. Hence we use an analytical modeling of these access techniques using stochastic models. These models, sustained by simulations, are useful to estimate a MAC protocol's sensitivity for some network constraints. This thesis is presented as follows: First we present the models used to describe the random behavior of some MAC protocols. Second, we apply those models to compare Signal to noise ratio in TDMA and CSMA networks. We compare then the most frequently used access protocols (CSMA and Aloha). We use an analytical model based Poisson Point Processes to calculate the coverage probability of Aloha. Finally we evaluate the gain of CSMA with respect to the two latter protocols. Although CSMA is the most widely used MAC protocol for MANETs, this technique is exposed to unfairness phenomenon if the network is overloaded. We quantify this problem using a Markovian approach. This approach lets us prevent the distribution of unfairness in the network, and then suggest unfairness mitigating solutions based on contention window tuning. Finally, we study the using of Aloha in cognitive networks. In this context, a secondary network tries to optimize its network access probability so that it maximizes it's coverage density while the coverage probability of the primary network is altered by an acceptable rate.
Abstract FR:
Dans cette thèse, nous proposons d'étudier les techniques d'accès dans les réseaux sans fil ad hoc en évaluant le gain en performance offert par certaines d'entre elles par rapports aux autres. Il s'agit aussi de modéliser les performances de ces techniques d'accès a travers des modèles mathématiques. Ceci nous permet entre autres d'étudier la sensibilité de tels protocoles a certaines contraintes des réseaux ad hoc. Cette thèse se présente comme suit: D'abord on présente les modèles utilisés afin de décrire le comportement aléatoire de certaines techniques d'accès. Ensuite on applique ces modèles afin de comparer la distribution du rapport signal sur bruit dans les réseaux CSMA et TDMA. On compare ensuite les protocoles d'accès les plus répandues dans les réseaux d'accès, a savoir CSMA et Aloha. On utilise une modélisation de processus de Poisson pour calculer la probabilité de couverture pour Aloha et Aloha slotté. Enfin, on mesure le gain offert par CSMA sur le multiplexage purement statistique des transmissions d'Aloha. CSMA étant le protocole le plus répandue dans les MANETs, cette dernière se trouve exposée à des situations d'inéquité surtout lorsque le réseau est surchargé. On quantifie ce problème d'inéquité en se basant sur une modélisation markovienne. Cette étude nous permet de prévoir les effets de l'inéquité sur des scénarios de déploiement et de proposer des solutions se basant sur l'adaptation des fenêtres de contention pour atténuer ce problème. Enfin, nous étudions l'utilisation d'Aloha dans les réseaux cognitifs. Dans ce contexte, nous montrons comment deux réseaux utilisant Aloha peuvent coexister. Le réseau secondaire doit ne peut perturber le réseau primaire qu'en provoquant une dégradation bornée de celui-ci. On optimise la probabilité de transmission afin de maximiser l'accès Aloha du réseau secondaire.