Study of QB-CSMA algorithms

Titre traduit

Étude du protocole d'accès CSMA-QB
Résumé

La performance des réseaux sans fil où les utilisateurs partagent l'air comme moyen de communication est fortement limitée par le phénomène d'interférence électromagnétique. En effet, deux utilisateurs proches qui communiquent sur la même fréquence verront leurs ondes interférer, ce qui peut entraîner la perte de l'information transmise. Ainsi, il est indispensable de mettre en place des protocoles d'accès visant à limiter l'interférence en choisissant de manière efficace les utilisateurs autorisés à émettre à chaque instant. D'un point de vue scientifique, il s'agit d'un problème difficile qui a attiré l'attention de la communauté en informatique et probabilités appliquées depuis plus de 30 ans. Récemment, une nouvelle classe de protocoles d'accès - appelés protocoles CSMA adaptatifs - a émergé, et semble très prometteuse : par exemple, il a été montré que ces nouveaux protocoles possèdent une propriété très attrayante de stabilité maximale. Le but de ce projet est d'approfondir la connaissance que l'on a des protocoles CSMA adaptatifs dits QB (pour l'anglais "Queue-Based") qui à ce jour est encore extrêmement limitée. Concernant ces protocoles, le but de ce projet est de prouver des résultats théoriques permettant de comprendre le compromis réalisable entre débit et délai. Modèle probabiliste - d'un point de vue technique, il s'agit d'étudier le modèle suivant: chaque utilisateur du réseau est représenté par le nœud d'un graphe G, appelé graphe d'interférence, et tel que deux voisins du graphe ne peuvent être actifs simultanément. Des paquets à transmettre arrivent à chaque nœud au cours du temps, et le but est de choisir quels nœuds sont actifs à un moment donné. Le protocole CSMA-QB répond à cette question de la manière suivante : lorsqu'un nœud est actif, il se désactive à taux constant et lorsqu'il est inactif et qu'aucun de ses voisins ne le bloquent, alors il s'active à un taux qui dépend du nombre de paquets en attente de transmission via une fonction ψ appelée fonction d'activation. Le but général de la thèse est de comprendre l'influence de la topologie de G et du choix de ψ sur la performance du protocole. Pour cela, il s'agira d'étudier le temps de mélange de la dynamique de Glauber ainsi qu'un phénomène classique en théorie des probabilités, appelé phénomène de moyennisation stochastique, qui permettent une compréhension fine du comportement dynamique du réseau.

mots clés

Résumé

Performance of wireless networks, in which users share the air as support for their communications is strongly limited by electromagnetic interference. That is, two users close to each other trying to send a message on the same frequency will experience interference between their messages, eventually leading to the loss of some information. It is then crucial to develop medium access protocols aiming to limit the occurrence of such a phenomena by choosing in an effective (and distributed) manner which station is allowed to transmit. From a scientific point of view, it is a difficult issue which has had some attention from the community in the field of computer science and applied probability in the past 30 years. Recently, a new class of medium access protocols - called adaptive CSMA - emerged and seem quite promising: for example, it has been shown that they exhibit a desirable property: throughput optimality (maximum stability). The goal of this project is to increase the knowledge we have the adaptive CSMA (or CSMA QB, for Queue Based) which is to this day quite limited (notably in the expected waiting time of a request arriving in the system, called delay). Our goal will be to prove theoric results to enhance our understanding of the throughput/delay trade-off.

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