Protocoles distribués de contôle d'accès au médium pour réseaux ad hoc fortements chargés
Institution:
Paris, ENSTDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis contributes to the domain of medium access control for wireless ad hoc networks. These networks are by definition created for the occasion and usually have to operate without any existing fixed infrastructure. Chapter 1 gives a synthesis of contention-based and conflict-free MAC protocols. IEEE 802. 11 DCF, heir of the first family, is able to address single and multi-hop communications. The foremost objective of this dissertation is to find alternative schemes for improved MAC performance in highly loaded networks. Chapter 2 studies the capacity of IEEE 802. 11b in case of access point (AP) centric networks with TCP, UDP, and Voice over IP traffic. The performance degradation due to the near-far effect is highlighted and some solutions are proposed. A real world deployment is presented for outdoor proviosining of high speed Internet to low density areas. Advantage of using the multi-hop concept to extend the coverage range of an AP and the corresponding issues of degradation in throughput and fairness at high input loads have been analysed in detail. In chapter 3, we propose a new slotted protocol, called CROMA, to overcome the weaknesses of IEEE 802. 11 in highly loaded multi-hop ad hoc networks. An analytical study and extensive simulations show that CROMA clearly outperforms IEEE 802. 11 in the targeted environments. Chapter 4 explores three examples of cross-layer mechanisms. Capacity improvments have been demonstrated in three cases: (i) A scheduling policy can take advantage of node mobility. (ii) Multi-user diversity improves CROMA reservation scheme based on slotted ALOHA. (iii) Multi-user detection can offer additional improvment for reservation too.
Abstract FR:
Cette thèse apporte une contribution au domaine des protocoles de contrôle d'accès au médium (MAC) for réseaux ad hoc sans fil. Ces réseaux sont par définition créés pour l'occasion et ne nécessitent aucune infrastructure a priori. La norme IEEE 802. 11 permet de réaliser aisément des réseaux ad hoc mais souffre de faiblesses en termes de capacité et d'équité, en particulier à forte charge. Cette thèse propose des alternatives à la norme. Le chapitre 1 dégage de la littérature une classification des protocoles MAC et distingue deux familles : les protocoles basés sur la compétition et ceux sans conflit. Le chapitre 2 évalue les performances de IEEE 802. 11, avec des trafics TCP, UDP et voix sur IP en présence d'un point d'accès (PA). Les effets du phénomène de champ proche-champ lointain sont étudiés. Un exemple de déploiement pour zones peu denses est présenté. Enfin, nous montrons que les concepts du réseau multi-bond peuvent être utilisés pour étendre la couverture d'un PA. Le chapitre 3 propose un nouveau protocole MAC, appelé CROMA, pour réseaux ad hoc fortement chargés. L'analyse théorique et les simulations montrent que CROMA permet d'atteindre des débits plus importants et une plus grande équité. Le chapitre 4 étudie des mécanismes qui utilisent les interactions entre couches protocolaires pour une augmentation de la capacité et pour les évolutions de CROMA : (i) une version simplifiée de CROMA et une politique d'ordonnancement tirent partie de la mobilité des terminaux. (ii) La diversité multi-utilisateur améliore la phase de réservation de CROMA basée sur l'ALOHA slotté. (iii) La détection multi-utilisateur offre également des gains important en terme de capacité.