Cross-layer design of IEEE 802-11 based mobile ad hoc networks for QoS provisioning

• Auteur / Autrice : Lamia Romdhani
• Direction : Christian Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité -- Contrôle

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Réseaux locaux sans fil

Résumé

Cette thèse se concentre sur la conception, le développement, et l'évaluation des mécanismes cross-layer basés sur le protocole 802. 11 et qui visent à améliorer la qualité de service dans ce type de réseaux. Tout d'abord, nous avons exploré l'idée d'améliorer, séparément le fonctionnement d'une couche de communication ; à savoir le protocole MAC 802. 11e. Bien qu'on ait aboutit à des améliorations en utilisant un nouveau mécanisme adaptatif, les études de performances montrent les limitations de l'architecture en couches qui a, par ailleurs, démontré ses bons résultats dans les réseaux filaires. Il y a de nombreuses possibilités d'interaction inter-couche. Dans nos travaux, nous nous intéressons au partage de paramètres entre la couche MAC et la couche routage. En particulier, nous nous concentrons sur le problème de l'acheminement des paquets de données d'une manière qui prend en compte le niveau de congestion du canal, les caractéristiques de réseau, et les besoins de protocoles de couches hautes. Nous proposons un routage optimal en ce qui concerne la stabilité des liens, le délai de bout-en-bout, et la conservation d'énergie avec et sans assistance/initiation du réseau. Nous proposons plusieurs mécanismes cross-layer qui visent à résoudre le problème de routage dans MANETs tout en augmentant la performance des métriques de QoS importantes tel que la stabilité du chemin, la consommation d'énergie, le délai de bout-en-bout. En outre, nous identifions les avantages et les inconvénients des architectures inter-couche par rapport à l'architecture en couche traditionnelle pour améliorer la performance de protocoles de communication dans un environnement sans fil.

This dissertation focuses on the design, implementation, and evaluation of 802. 11-based cross-layer mechanisms for the enhancement of the support of the QoS feature. Before the cross-layer study, we have also explored the idea of enhancing separately a communications layer; namely the existing 802. 11e MAC protocol which is designed for the QoS support. Although the improvements achieved, this study shows the limitations of the layered architecture that demonstrated its good performance in wired networks. Due to the large number of cross-layer cooperation possibilities, we emphasize, in this work, on the cooperation between the MAC and the network layers. We believe that the cooperation between these two layers provides better performance improvement than the cooperation between other layers. In particular, we focus on the problem of routing data packets in a way that takes into account channel contention level, network characteristics, and higher-layer protocol requirements. We address the optimal routing with regard to links stability, average end-to-end delay, and energy conservation with and without assistance/initiation from the network. We design several cross-layer mechanisms that aim to overcome the issue of routing in MANETs while enhancing important QoS metrics (path stability, energy consumption, end-to-end delay, etc. ). To this end, we extract the adequate parameters from both MAC and network layers and adapt them to provide QoS enhancement based on new inter-layer cooperation algorithms. Furthermore, we identify the challenges that face the cross-layer architectures comparing to the traditional layered architecture for enhancing communication protocols.