Évaluation des performances du système d'agrégation implémenté dans les réseaux 802.11n

Performances evaluation of the aggregation system implemented in 802.11n networks

• Auteur / Autrice : Damien Breck
• Direction : Thierry Divoux, Jean-Philippe Georges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du Signal et des Images, Génie Informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : David Brie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maxime Wack
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Lahaye, Abdelhamid Mellouk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Qualité de Service (télécommunications)

IEEE 802.11 (norme)

Commutation de paquets

Mots clés libres

Agrégation de paquets

Qualité de service

802.11n

Évaluation de performances

Calcul réseau

Packet aggregation

Quality of service

802.11n

Performance evaluation

Network calculus

Résumé

Après l'augmentation des capacités physiques des réseaux sans-fil, l'amélioration du faible rendement MAC permet aujourd'hui aux utilisateurs de bénéficier de bandes passantes inédites. Cette amélioration est notamment rendue possible par la création de systèmes d'agrégation. Or si ces systèmes permettent d'améliorer la bande passante offerte, plusieurs problématiques se posent quant à leur influence sur le comportement du système en particulier en cas de forte concurrence pour l'accès au medium. L'agrégation étudiée dans ce mémoire effectue une concaténation de plusieurs paquets dans une seule trame. Cette opération permet aux paquets de partager les en-têtes. Outre la perte de signification quant à la valeur d'un paquet, la configuration des paramètres d'un tel système reste aujourd'hui obscure pour le fournisseur d'accès. Comme les intérêts du fournisseur et de ses clients peuvent diverger, il est également nécessaire de tenir compte du compromis entre leurs exigences respectives. Afin d'adresser ces problématiques, ces travaux de thèse se concentrent sur une analyse approfondie du comportement et des implications d'un système d'agrégation de paquets (avec IEEE 802.11n pour cas d'étude). L'influence de l'agrégation sur la qualité de service offerte à une application est quantifiée au travers de plusieurs milliers de simulations effectuées avec Riverbed Modeler. Des recommandations sont ensuite proposées pour la bonne configuration du système d'agrégation dans l'optique d'optimiser les délais et l'arriéré de traitement. L'accent est mis sur les performances offertes à un flux particulier en concurrence pour le medium. Ceci dans le but de clarifier l'influence de l'agrégation sur chaque client. Cette thèse développe également un modèle analytique dudit système basé sur la théorie du calcul réseau. Les limites d'un tel modèle sont démontrées et son pessimisme est déterminé à l'aide d'une analyse fine du comportement de l'agrégation 802.11n. Cette étude démontre notamment une relative inadaptation de la théorie du calcul réseau au système d'agrégation considéré. Des ajustements de la théorie sont alors proposés, en particulier vis à vis du calcul du service rendu à un flux. Afin d'aider le fournisseur d'accès dans la configuration du système d'agrégation, cette thèse propose en dernier lieu un algorithme de configuration dynamique des paramètres d'agrégation. Cet algorithme est établi à partir des recommandations instructives établies précédemment. Son originalité repose sur la désactivation de l'agrégation en fonction de l'état des stations concurrentes. Implémenté dans Riverbed Modeler, cet algorithme montre son efficacité. De nouvelles problématiques se posent quant à son implémentation réelle (distribuée, centralisée, ...).

After the increase of the capacity of wireless networks, the improvement of the low efficiency allows users to benefit from higher bandwidths. This improvement is partly due to the creation of aggregation's systems. Now, if these systems allow to improve the offered bandwidth, several problems arise about their influence on the behavior of the system. In particular, the case of strong competition for the access to the medium remains unknown. The aggregation studied in this thesis makes a concatenation of several packets in a single frame. This operation allows the packets to share headers. Besides the loss of meaning about the value of a packet, the configuration of such a system remains today obscure for the access provider. As the interests of the provider and its customers may differ, it is also necessary to consider a compromise between their respective requirements. To address these issues, this thesis focuses on a thorough analysis of the behavior and the implications of a packet aggregation system (with IEEE 802.11n as case study). The impact of aggregation on the quality of service provided to an application is quantified through thousands of simulations with Riverbed Modeler. Recommendations are then proposed for the proper setup of the aggregation system to optimize delay and backlog. This thesis focuses on the performances offered to a particular flow in competition for the medium. Its aim is to show the influence of the aggregation on each customer. This thesis also develops an analytical model of the aggregation system using the network calculus theory. The limitations of such a model are demonstrated. Its pessimism is determined using a detailed analysis of the 802.11n aggregation. This study demonstrates a particular relative inadequacy of network calculus to the aggregation system considered. Adjustments of the theory are then proposed, particularly for the calculation of the residuel service offered to a customer. To help the access provider in the configuration of the aggregation system, this thesis lastly proposes an algorithm for a dynamic configuration of the aggregation. This algorithm is established from the recommendations previously established. Its originality is based on the deactivation of the aggregation according to the state of the competing stations. Implemented in Riverbed Modeler, this algorithm shows its efficiency. Then, new problems arise about its real implementation (distributed, centralized, ...).