WIRELESS-DIFFSERV* : Modèle de protection différenciée contre les dégradations de canal dans les réseaux maillés IEEE 802.11

L'utilisation massive des applications multimédia et temps réel sur le réseau Internet est une préoccupation très importante car elles sont très gourmandes en bande passante et imposent des exigences de qualité de service très sévères. De plus, le besoin de mobilité des utilisateurs associé aux faibles coûts de déploiement des technologies sans fil sont quelques unes des raisons pour lesquelles les réseaux maillés sans fil vont pouvoir émerger comme une technologie permettant de fournir l'Internet sans fil à haut débit et capable de supporter les applications en temps réel telles que la voix sur IP (VoIP) et la vidéo-conférence. Cependant, la nature variable du canal sans fil et les interférences radio créent une entrave au déploiement d'un backbone entièrement sans fil. En effet, ces phénomènes inhérents aux réseaux sans fil dégradent les performances et sont un véritable frein à l'exploitation du plein potentiel de ces technologies. L'objectif de ce mémoire est d'étudier un mécanisme d'auto-fonctionnement permettant de garantir une qualité de service différenciée dans les réseaux maillés sans fil. Nous avons mis l'accent sur la nécessité d'utiliser une politique de service dynamique qui s'adapte aux variations du canal sans fil. Ainsi, il est important de modifier la politique d'ordonnancement des paquets dans un environnement sans fil variable afin de satisfaire en tout temps aux exigences en qualité de service des trafics prioritaires. La méthode proposée consiste à mettre en oeuvre, dans les réseaux sans fil, le modèle DiffServ*, préalablement conçu pour les réseaux IP optiques. Cette variante est appelée Wireless-DiffServ*. Elle repose sur l'utilisation conjointe de l'architecture des services différenciés (DiffServ) dans la couche IP d'un réseau et de l'utilisation de canaux disjoints dans sa couche physique. Dans cette étude, le média physique est un canal de Rayleigh, plat en fréquence et à évanouissement lent, modélisé par des chaînes de Markov discrètes à états finis. Un procédé d'adaptation de la modulation et du codage y a ensuite été mis en place. La pondération cyclique ou Weighted Round Robin (WRR) est utilisée comme politique d'ordonnancement dans l'architecture des services différenciés (DiffServ). Par la suite, le modèle Wireless-DiffServ* a été implémenté dans le simulateur de réseau « Network Simulator NS-2 » et ses performances ont été comparées avec celles du standard DiffServ puis celles de la politique Premier Arrivé, Premier servi (FIFO).

Abstract

Wireless mesh networks (WMNs) are emerging as a new network architecture able to provide broadband Internet and to support higher amount of real-time traffic such as Voice over IP (VoIP) and videoconferencing. Real-time applications require a lot of bandwidth and impose stringent quality of service (QoS) criteria. However, the time-varying fading channel and interference phenomenons impair wireless network's performance and do not exploit the full capacity of WMNs or to satisfy the QoS requirements of these applications. The aim of this research project is to study a self-functioning mechanism to guarantee a given level of differentiated QoS in WMNs. We study the performance of a dynamic packet scheduling algorithm in wireless environment. It is based on Weighted Round Robin (WRR) and adjusts the weights of different classes of traffic (VoIP, video, data) according to the channel quality in order to always protect VoIP traffic from channel failures. To achieve this goal, we implement in “Network Simulator NS-2” a cross-layer design called Wireless-DiffServ* based on the interaction between the IP, MAC and Physical layers. This model uses IP differentiated services (DiffServ) combined with disjoint multipaths in the Physical layer to provide reliability in WMNs. In this project, the Rayleigh wireless channel, supposed flat and slow fading, is modeled by a finite state Markov chain joined with adaptive modulation and coding (AMC). Wireless-DiffServ* performance is compared with a pure DiffServ and First In First Out (FIFO) schemes. Simulation results shows that Wireless-DiffServ* reduces network jitter, and when the network is not saturated, it is on average better than DiffServ and FIFO. Finally, we add a failure detection mechanism in Wireless-DiffServ*. Failures in wireless channel are characterized by channel fading and average signal to noise ratio (SNR). We defined three levels of failure. Simulation results show that by varying WRR weights based on the failure level, we allow the self-operation of the network and can guarantee the assignment of at least 50% of the bandwidth to VoIP traffic.