Autour de la réservation de bande passante dans les réseaux ad hoc

Wireless networks are a real commercial success nowadays. There is anincreasing number of solutions based on the IEEE 802.11 (Wi-Fi)standard. Usually, these networks require a base station to transmitframes between mobiles. Mobile ad hoc networks are mobile, spontaneousand autonomous wireless networks. Nodes communicate directly withoutrequiring an intermediate base station. Frames are routed by the networknodes themselves in the case of a communication between out of rangepeers. The sole gathering of wireless-capable terminals is sufficient tocreate such a network. This kind of network can be used, for instance,to extend the range of a wireless network at a very low cost. They canalso be built rapidly, allowing their deployment in emergencysituations.Radio transmission is somehow particular. The communication range islimited, the radio medium is pervasive and the mobility of terminalsmake the topology evolve rapidly. Usual mechanisms and protocols need tobe adapted to these new constraints, otherwise they will show poorperformance. Numerous works have been contributed in the routing area.The IETF MANET working group is about to standardize one or severalrouting protocols. Nevertheless, open issues such as security, multicastcommunication or quality of service still exist. These fields havegathered much attention during the recent years. Solutions from thewired world have been examined and adapted but very few really suitedpropositions have emerged.The main topic of this PhD thesis is how to provide efficient bandwidthreservation in these networks. This work has begun by the design of abandwidth reservation protocol taking into account interferences betweenemitters that are not able to communicate directly. Indeed, distantemitters have to share the radio channel bandwidth. These dependenciesshould be taken into account and BRuIT, the proposed protocol, bringsthis kind of information to the ad hoc nodes in order to enhance theadmission control procedure.This work has leaded us to the study of the performance of IEEE 802.11medium access protocol. Existing theoretical studies only concernone-hop networks in which every node can directly communicate with anyother node. Nevertheless, the presence of distant communications has avery negative impact on the performance and fairness of this protocol.We modeled as stochastic processes some pathologic scenarios presentingfairness issues, this kind of situation being able to impact the freebandwidth estimation performed by BRuIT.The medium access protocol being unfair in particular configurations, weproposed a distributed bandwidth allocation algorithm. This algorithmintends on indicating to each mobile how much bandwidth it can usewithout starving neighbors. The algorithm provides a fair and efficientallocation, which are often opposite objectives in these networks.Finally, the last chapter of this manuscript studies hybrid networkscomposed of a fixed but wireless architecture providing Internet andservices access to an underlying ad hoc network. We studied the impactof the control traffic amount on network performance. An optimalperformance requires a compromise between information accuracy andcontrol traffic volume.Conceiving a quality of service architecture for these networks is notan easy task and much remains to be done. Performing an accurateestimation of the medium capacity provides a great help but this processhas a high cost in terms of overhead. Moreover it seems difficult toforesee every problematic configuration that can arise in thesenetworks. Quality of service protocols therefore need to be adaptive inaddition to being as accurate as possible.Les réseaux sans fil connaissent aujourd'hui un essor important. Lenombre croissant d'offres commerciales basées sur la norme IEEE 802.11(Wi-Fi) et ses déclinaisons en atteste. Ces réseaux nécessitentactuellement la présence d'une station de base pour assurer lescommunications entre mobiles. Les réseaux ad hoc sont desréseaux sans fil spontanés, mobiles et totalement autonome. Les mobilescommuniquent directement entre eux, relayant les communications desautres mobiles lorsque les correspondants sont hors de portée radio. Ilest dès lors possible de créer un réseau par la simple présence determinaux équipés de cartes d'interfaces adéquates. Ces réseaux mobileset dynamiques peuvent être utilisés pour étendre la portée de stationsde base, offrant ainsi un accès à l'Internet sur une zone géographiqueétendue à moindre coût. Ils peuvent être déployés rapidement et êtreutilisés par exemple dans des situations d'urgence.Les caractéristiques particulières du médium radio, telle que la portéede communication limitée ou le mode de partage du canal radio ainsi quela mobilité des terminaux rendent souvent les mécanismes et protocolesissus du monde filaire peu performants. À l'heure actuelle, de nombreuxtravaux ont été effectués afin de concevoir des protocoles de routageadaptés à ces réseaux. Le groupe de travail MANET de l'IETF est en passede standardiser une ou plusieurs solutions de routage. De nombreusesproblématiques restent cependant ouvertes telles que la sécurité, le multicast ou encore la qualité de service. Ces différentssujets ont fait couler beaucoup d'encre durant ces dernières années.Toutes les solutions issues du monde filaire ont été ré-examinées etadaptées mais peu de propositions réellement adaptées aux spécificitésde ces réseaux ont vu le jour.Le travail effectué durant ma thèse se situe autour de la problématiquede la réservation de bande passante dans les réseaux ad hoc.Ce travail a débuté par la proposition d'un protocole de réservation debande passante prenant en compte les interférences pouvant survenirentre émetteurs hors de portée de communication. En effet, deux mobilesne pouvant communiquer directement peuvent avoir à se partager la bandepassante du canal radio. Mettre en oeuvre un protocole de réservation debande passante nécessite d'apporter suffisamment d'informations auxrouteurs en charge d'accepter ou de refuser les requêtes formulées parles applications afin de leur permettre d'effectuer un contrôled'admission réaliste.Ce travail nous a conduit à nous intéresser à l'étude du protocoled'accès au médium de la norme IEEE 802.11 afin d'évaluer sa capacité.L'intégralité des études théoriques des performances de ce protocoleconcernaient jusqu'à présent des réseaux dans lesquels tous les mobilessont à portée de communication les uns des autres. Or, dans certainessituations, la présence de communications distantes a un impact trèsmarqué sur les performances et sur l'équité de ce protocole d'accès aumédium. Nous avons modélisé plusieurs scénarios présentant une forteinégalité dans l'accès au médium, phénomène pouvant avoir un impactimportant sur l'estimation des ressources disponibles.Le protocole d'accès au médium n'étant pas équitable dans un contextemulti-sauts, nous avons proposé un algorithme distribué d'allocation debande passante dans de tels réseaux permettant de préserver une certaineéquité tout en conservant une utilisation globale du réseau correcte.Dans de tels réseaux, il y a en effet souvent opposition entreperformance globale et partage équitable des ressources. La solution quenous proposons permet dans un contexte statique ainsi que dans uncontexte mobile de réaliser un compromis entre ces deux objectifsantinomiques, et ce de façon totalement distribuée.Enfin, dans le cadre de réseaux hybrides composés d'un réseau d'accèssans fil offrant un accès à l'Internet à un réseau ad hocsous-jacent, nous avons étudié l'impact du trafic de contrôle sur lesperformances du réseau. Cette problématique nécessite souvent de faireun compromis entre transmission rapide et fiable des informations degestion du réseau telles que la localisation des différents mobilespermettant de construire l'arbre de routage et utilisation du réseau. Eneffet, une transmission fréquente d'informations de contrôle permetd'aboutir à une vision précise du réseau mais a un coût important. Nousavons montré, par simulation, que le gain obtenu par la précision de lavision du réseau apportée à chaque routeur était rapidement compensé parl'occupation des ressources engendrée à cette fin.Concevoir une solution de qualité de service pour de tels réseaux n'estpas une problématique simple et beaucoup reste à faire. L'importanced'une évaluation précise de la capacité du médium a été démontrée maisce processus reste coûteux à mettre en oeuvre et il est impossible deprévoir toutes les situations pouvant survenir dans des réseaux radiomobiles. Les protocoles de qualité de service devront donc s'efforcerd'évaluer au mieux l'état du réseau afin de ne pas sur ou sous-évaluersa capacité mais devront aussi être adaptatif afin de réagir rapidementet efficacement à la versatilité de ces réseaux