QoS provisioning in future wireless local area networks

par Indira Paudel

Thèse de doctorat en Informatique et Télécommunications

Sous la direction de Djamal Zeghlache.

Soutenue le 15-01-2015

à Evry, Institut national des télécommunications , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Université Pierre et Marie Curie (Paris) (1971-2017) (Université) , Services répartis- Architectures- MOdélisation- Validation- Administration des Réseaux / SAMOVAR (laboratoire) et de Département Réseaux et Services Multimédia Mobiles / RS2M (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Amélioration de la qualité de service dans les futures réseaux locaux sans fil


  • Résumé

    Les réseaux locaux sans fil (WLAN) constituent encore le moyen le plus populaire de connexion à domicile et au bureau. Initialement conçus pour le transfert de données, avec des débits relativement faibles, il y a eu ces dernières années de fortes évolutions technologiques avec de nouveaux standards et des débits allant jusqu’à plusieurs dizaines de Mbps voire même plusieurs Gbps (IEEE 802.11n/ac). La gestion de la QoS sur les réseaux locaux sans fil basés sur la technique d’accès aléatoire constitue une problématique et un défi majeur pour les prochaines années, surtout si l’on considère la volonté des opérateurs de faire transiter des flux tels que la voix ou la vidéo. De nouvelles améliorations sont aujourd’hui plus que nécessaires afin de prendre en compte la QoS. Après l’analyse de l’état de l’art, notre première contribution concerne un mécanisme d’agrégation adaptative qui permet une différentiation de la QoS pour chaque classe de service. Nous avons ensuite étudié la Qualité d’Expérience (QoE). Nous l’avons évaluée pour le service vidéo avec différentes conditions radio et de charge. Nous avons ensuite proposé un système de prédiction de la QoE utilisant les systèmes de réseaux de neurones aléatoires (Random Neural Networks). Cette solution est ensuite utilisée pour l’analyse de l’impact des différents paramètres MAC sur la QoE pour le service vidéo. Nous avons ensuite proposé deux améliorations du mécanisme MAC. La première amélioration consiste à sélectionner des valeurs appropriées pour le Backoff. La seconde amélioration permet de renforcer la propriétarisation des flux en agissant sur les valeurs du paramètre AIFSN (Arbitration Inter-Frame Space Number). Les analyses de performances montrent que la solution proposée permet d’améliorer considérablement la QoS, particulièrement en permettant un accès assez régulier, minimiser les collisions et d’accroitre l’efficacité de l’usage des ressources radio disponibles


  • Résumé

    Wireless Local Area Networks (WLAN) are today the most popular access networking solution at homes and offices. Although initially, WLANs were designed to carry best effort traffic, users today are adopting them for various multimedia services and applications that have stringent QoS requirements. WLAN standards based on CSMA/CA technique are not able to provide QoS guarantees and furthermore lead to bad performances when the number of competing stations/flows increases. Moreover, standard QoS solutions rely on centralized approaches (e.g. PCF, HCCA) that are not widely used on terminals. The distributed approach, based on concurrent access remains fundamental in WLAN. In this thesis, we propose solutions to improve both QoS and QoE (Quality of Experience) of multimedia services over WLAN. The main contributions include proposal of an aggregation scheme that relies on QoS differentiation for different service classes. We then evaluated the QoE of video services over IEEE 802.11n networks for various radio, MAC and load conditions. Based on this study, a random neural network solution is then proposed to automate video QoE prediction from system parameters. Furthermore, an enhancement to the distributed access mechanism in IEEE 802.11 networks is also proposed. First, we proposed to select appropriate and specific Backoff values according to QoS requirements. Second, a new flow prioritization based on AIFSN (Arbitration Inter-Frame Space Number) values, allocated according to traffic load and traffic types is proposed. Through analysis, we showed that these solutions can enhance QoS and provide regular access, minimize collisions and provide better resource utilization


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