Bandwidth reservation in mobile ad hoc networks for providing QoS : adaptation for voice support

Le support de qualité de service (QoS) dans les réseaux MANETs (Mobile Ad-Hoc NETworks) a attiré une grande attention ces dernières années. Bien que beaucoup de travaux de recherche ont été consacré pour offrir la QoS dans les réseaux filaires et cellulaires, les solutions de QoS pour le support du trafic temps réel dans les MANET reste l'un des domaines de recherche les plus difficiles et les moins explorés. En fait, les applications temps réel telles que la voix et la vidéo ne pourrait pas fonctionner correctement dans les MANET sans l'utilisation d'un protocole de contrôle d'accès au support (MAC) orienté QoS. En effet, les trafics temps réel demandent des exigences strictes en termes de délai de transmission et de taux de perte de paquets qui peuvent être remplies uniquement si la sous-couche MAC fournit un délai d'accès au canal borné, et un faible taux de collision. Le but de cette thèse est la proposition et l'analyse d'un protocole MAC basé sur la réservation pour garantir la QoS dans les MANETs. Tout d'abord, nous étudions un problème majeur dans la réservation de ressources dans les MANETs qui est la cohérence des réservations. Notre analyse des protocoles de réservation existant pour les MANETs révèle que de nombreux conflits de réservations entre les nœuds voisins se produisent pendant la phase d'établissement de réservation. Ces conflits, qui sont principalement dues à la collision des messages de contrôle de réservation, ont un impact important sur les performances du protocole de réservation, et conduisent à un taux de collision et de perte de paquet importants pendant la durée de vie de la connexion, ce qui n'est pas acceptable pour les trafics temps réels. Nous proposons un nouveau protocole MAC basé sur la réservation qui résout ces conflits. Le principe de notre protocole est d'établir une meilleure coordination entre les nœuds voisins afin d'assurer la cohérence des réservations. Ainsi, avant de considérer qu'une réservation est réussite, le protocole s'assure que chaque message de contrôle envoyé par un nœud pour établir une réservation est bien reçu par tous ses nœuds voisins. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous appliquons le protocole de réservation proposé au trafic de type voix. Ainsi, nous étendons ce protocole afin de prendre en compte les caractéristiques du trafic voix, tout en permettant le transport de trafic de données. Nous nous focalisons sur l'utilisation efficace de la bande passante et les mécanismes pour réduire le gaspillage de bande passante. La dernière partie de cette thèse concerne l'extension du protocole proposé en vue de réserver la bande passante pour une connexion temps réel sur un chemin. Ainsi, le protocole MAC de réservation proposé est couplé avec un protocole de routage réactif. En outre, le protocole est étendu avec des mécanismes de gestion de à mobilité afin de faire face à la dégradation des performances due à la mobilité des nœuds. Nous évaluons les performances du protocole proposé dans plusieurs scénarios dans lesquels nous montrons sa supériorité par rapport aux standards existants.QoS provisioning over Mobile Ad-Hoc Networks (MANETs) has attracted a great attention in recent years. While much research effort has been devoted to provide QoS over wired and cellular networks, QoS solutions for the support of real-time traffic over MANETs remains one of the most challenging and least explored areas. In fact, real-time applications such as voice and video could not function properly on MANETs without a QoS oriented medium access control (MAC) scheme. Indeed, real-time traffics claim strict requirements in terms of transmission delay and packet dropping that can be fulfilled only if the MAC sub-layer provides bounded channel access delay, and low collision rate. The purpose of this thesis is the proposal and analysis of an efficient reservation MAC protocol to provide QoS support over MANETs. Firstly, we study one major issue in resource reservation for MANETs which is reservation consistency. Our analysis of existing reservation MAC protocols for MANETs reveals that many reservation conflicts between neighbor nodes occur during the reservation establishment phase. These conflicts which are mainly due to collisions of reservation control messages, have an important impact on the performance of the reservation protocol, and lead to a significant collision and loss of packets during the life-time of the connection, which is not acceptable for real-time traffics. We design a new reservation MAC protocol that resolves these conflicts. The main principle of our protocol is to achieve better coordination between neighbor nodes in order to ensure consistency of reservations. Thus, before considering a reservation as successful, the protocol tries to ensure that each reservation control message transmitted by a node is successfully received by all its neighbors. In the second part of this thesis, we apply the proposed reservation protocol to voice traffic. Thus, we extend this protocol in order to take into account the characteristics of voice traffic, while enabling data traffic. We focus on efficient bandwidth utilization and mechanisms to reduce the waste of bandwidth. The last part of this thesis relates to the extension of the proposed protocol in order to reserve resources for a real-time connection along a path. Thus, the proposed reservation MAC protocol is coupled with a reactive routing protocol. In addition, the protocol is extended with mobility handling mechanisms in order to cope with performance degradation due to mobility of nodes. We evaluate the performance of the proposed scheme in several scenarios where we show its superiority compared to existing standards