Analyse et amélioration conjointe de la consommation d'énergie et des débits de TCP dans les réseaux ad hoc sans fil

TCP performance study and enhancements within wireless multi-hop ad hoc network environments

• Auteur / Autrice : Alaa Seddik
• Direction : Nazim Agoulmine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 30/03/2009
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : André-Luc Beylot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bachar El Hassan, Yacine Ghamri-Doudane, Sidi-Mohammed Senouci
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tijani Chahed, Véronique Vèque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'énergie

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Réseaux ad hoc (informatique)

Mots clés libres

Optimisation de performance

Performance optimization

Résumé

Les réseaux ad hoc diffèrent des réseaux filaires par la multitude de perturbation auxquels ils sont sujets. Alors qu’une rupture de lien est un événement plutôt rare sur des réseaux filaires, et généralement imputable à l’état physique du matériel intermédiaire, cet événement est courant avec les communications radio. Ceci est lié à la qualité du signal reçu de l’autre extrémité ou à la configuration de l’environnement. Les perturbations causées par l’environnement ne mènent pas seulement à une rupture d’un lien, elles peuvent avoir un impact sur la réception des données. La volatilité des liens est typique dans les réseaux sans fil alors pour les réseaux filaires ce problème est inexistant. TCP, qui est prévu pour assurer la transmission fiable des données, n’a été conçu qu’en tenant compte des contraintes des réseaux filaires. Ainsi, certains événements dans la transmission de données sans fil peuvent être mal interprétés et engendrer une mauvaise réaction de TCP. Pour améliorer la performance de TCP dans les réseaux ad hoc, l’objectif de cette thèse est double. Dans un premier temps, une étude complète des performances de TCP dans les réseaux ad hoc est dressée. Celle-ci concerne à la fois les débits atteignables et aussi la consommation d’énergie induite par l’utilisation de ce protocole de transport dans un réseau ad hoc. Cette étude permet d’identifier les points d’amélioration de TCP pour qu’il soit utilisable dans les réseaux ad hoc. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle variante de TCP, appelée TCP-WELCOME, dont l’objectif est de traiter de façon adéquate les différents types de perte de paquets sur un réseau ad hoc et optimiser la performance de TCP.

Wireless ad hoc networks are different from wired networks by the multitude of data packet loss situations they are subjected to. This is due to the characteristics of wireless channel that might obstruct the proper reception of data packet at the destination end. In some case, these vulnerabilities of wireless channel can result in a complete link failure. Although link failure is of low probability in wired networks, it is rather common in wireless networks. The volatility of communication channel is a typical problem with wireless links, which is not the case with wired cables. TCP is a transport protocol that aims at ensuring high reliability and guarantying reception of data packets. However, TCP was designed for wired networks to address congestion, which is the main cause for data packet loss in wired networks. Therefore, other types of data packet loss encountered in wireless networks are prone to misinterpretation by TCP, which will lead to TCP performance degradation within the network. To overcome the performance limitation of TCP when used within ad hoc networks, the aim of this thesis is twofold. First, a complete performance study of TCP over ad hoc networks is achieved. This evaluation concerns two performance metrics: the achievable throughput and the energy consumption of TCP within ad hoc networks. This study allows identifying the potential room of improvement to enhance TCP efficiency in ad hoc networks. Second, we propose a new TCP variant, TCP-WELCOME that optimizes the performance of TCP in ad hoc networks through its ability to distinguish among, and efficiently deal with, different data packet loss situations, within ad hoc networks.