Modèles et mécanismes multiniveaux pour les réseaux sans fil

Abstract

Les réseaux ad–hoc sont une particularité de réseaux informatiques, constitués de noeuds mobiles qui utilisent un mode de communication sans infrastructure et des liaisons radios. Chaque noeud mobile communique dans son rayon de portée d'émission/réception, et est totalement autonome quant à son déplacement, son fonctionnement et sa participation à l'acheminement des informations du réseau. L'utilisation des réseaux ad–hoc présente de nouveaux enjeux de part les problèmes cruciaux qu'ils posent, notamment les problèmes liés au support de communication qui est hertzien et donc de qualité variable dans l'espace et dans le temps. Les enjeux s'étendent également à la couche d'accès au support (par exemple Wi-Fi), à la couche réseau (en particulier aux algorithmes de routage) et à la couche transport (le comportement de TCP est sensible aux variations de délai). L'utilisation des liaisons radios introduit des différences notoires et de nouvelles problématiques par rapport aux communications filaires telles que la limitation physique ou réglementaire de la capacité disponible pour l'accès radio, la qualité fluctuante des liens radios (influence des obstacles, du mouvement, des interférences, …), la position des points d'accès inconnue à l'avance et variable dans le temps … De part ces limitations qui font que les réseaux sans fil sont moins performants que les réseaux câblés, les protocoles du modèle en couches du réseau câblé ne peuvent être transférés dans l'environnement sans fil sans adaptation. Un des enjeux en terme de recherche qui est apparu, est d'optimiser le fonctionnement des réseaux ad–hoc à travers l'utilisation de techniques innovantes qui permettent d'améliorer leurs performances. Les techniques multi-niveaux appelées "cross–layer" sont ainsi apparues pour faciliter le partage d'information entre les couches du modèle OSI et s'appliquent à tous les protocoles de divers niveaux, tant qu'il existe des interactions pour lesquelles les performances globales du système peuvent être améliorées. Cette thèse traite des multiples aspects de la mise en place de modèles et mécanismes cross–layer dans le réseau ad–hoc. Elle permet de régler les premiers problèmes liés à l'introduction d'un nouveau mode de communication des protocoles de la pile du modèle OSI. En effet, la proposition de la méthode de conception RCL (Reverse Cross–Layer) de modèles cross–layer permet de conserver les acquis de cette architecture, à savoir, l'aisance de la conception modulaire, la définition systématique des interactions entre les composants, la poursuite des objectifs à long terme quant à l'utilisation des réseaux. La temporisation persistante proposée au niveau des protocoles fiables de la couche transport lorsque le canal sans fil à état variable est mauvais, vise à améliorer la latence, le débit de transmission et le taux de tentatives infructueuses coûteuses en terme de consommation d'énergie qui sont des caractéristiques du traditionnel back–off exponentiel. Les simulations effectuées dans l'environnement ns-2 ont permis d'évaluer les gains de performance obtenus par usage de la temporisation persistante. De même, cette thèse consacre la proposition de mécanismes cross–layer complémentaires tel que le mécanisme cross–layer d'évaluation continue de l'état du canal en fonction de l'activité ambiante et des protocoles de routage utilisés. La standardisation des informations cross–layer fournies par les protocoles de routage a été proposée pour répondre à la nécessité de fonctionnement des modèles cross–layer indépendamment de la nature proactive ou réactive des protocoles de routage. La proposition du mécanisme cross–layer de temporisation unifiée vise à optimiser la consommation d'énergie dans le cas de duplication de la temporisation d'attente d'envoi à des échelles de temps différentes, qui survient lorsque la couche transport fiable est associée à un protocole de routage ré–actif.