Rozprawy doktorskie na temat „IEEE 802.11 CSMA”

Cette thèse a pour objectif l´étude des mécanismes d´interaction inter-couche et leurs applications pour des algorithmes adaptatifs pour contrôler les paramètres de transmission. Après une description rapide des protocoles des couches liaison et physiques du standard IEEE 802. 11, nous présentons une analyse de performance des modes de transmission spécifiés par les normes 802. 11a/b. La deuxième contribution de cette thèse porte sur la modélisation des réseaux 802. 11. Nous proposons un modèle analytique qui prend en compte la position des terminaux radio par rapport au point d´accès afin d´évaluer les performances de la couche MAC. Nous proposons ensuite de nouveaux mécanismes de sélection du débit de transmission physique. Nous avons élaboré l´algorithme AARF, basé sur l´algorithme ARF, qui s´intéresse à la classe des terminaux dits à faible latence et offre des services d´adaptation à court et à long terme. Un autre algorithme basé sur les mêmes idées que celles développées pour AARF, mais conçu pour fonctionner avec des systèmes à grande latence, a été implanté et expérimenté sur des terminaux à base du processeur Atheros. Enfin, nous avons élaboré un troisième algorithme de contrôle dynamique du mode de transmission en boucle fermée appelé CLARA qui est compatible avec les standards 802. 11a/b/g. La dernière contribution de cette thèse porte sur l´optimisation de la transmission de flots multimédias temps réel sur des réseaux 802. 11. Nous présentons MORSA, un mécanisme d´optimisation inter-couche efficace qui permet de sélectionner le mode de transmission à utiliser en fonction de l´état du canal de transmission et des caractéristiques de l´application
The main goal of this thesis is to propose efficient adaptive communication mechanisms using cross layer interactions in IEEE 802. 11 WLANs. First, we present a detailed performance evaluation of 802. 11a/b PHY layer transmission modes. The second contribution of the thesis concerns 802. 11 MAC/PHY layers modelling. An analytical model that accounts for the positions of stations with respect to the access point while evaluating the performance of 802. 11 MAC layer, has been proposed. The third contribution of the thesis concerns rate adaptation mechanisms and especially cross layer algorithms between MAC and PHY layers. An adaptive rate selection algorithm, called AARF for low latency systems that improves upon ARF to provide both short-term and long-term adaptation has been proposed. In this field, we also present a new rate adaptation algorithm designed for high latency systems named AMRR that has been implemented and evaluated on an AR5212-based device. We then propose a closed-loop, dynamic rate selection algorithm that can be implemented in all 802. 11a/b/g compliant wireless local area networks. This algorithm called CLARA is a culmination of the best attributes of the transmitter-based ARF and the RBAR control mechanisms with additional practical features to facilitate multipath fading channel sensing and feedback control signalling. The last contribution of the thesis is on the optimization of real time multimedia transmission over 802. 11 based networks. In particular, we propose a simple and efficient cross layer mechanism, called MORSA, for dynamically selecting the transmission mode considering both the channel conditions and characteristics of the media

The goal of this thesis has been to propose different solutions in order to manage user mobility into 802. 11 networks. In this thesis, we have developed two architectures. At first, we have introduced a secured architecture in order to manage roaming services of mobile nodes in wireless IP networks. The goal of this architecture SMMArc (Service Mobility Management Architecture) was to offer different services according to user profile. The second architecture is focused on the management of persistent TCP connections when mobile node makes handover. This architecture, ATHOMIC (Architecture managing Tcp Handoff Over Mobile Ip Connections) reduces the probability of TCP packet loss when the mobile node changes of IP domains
Le but de cette thèse a été l'étude et la proposition de solutions pour gérer la mobilité de l'utilisateur dans des réseaux utilisant le standard IEEE 802. 11. Dans cette thèse, nous avons développé deux architectures. Dans la première, nous avons introduit une architecture sécurisée pour gérer le roaming des nœuds mobiles dans les réseaux sans fil. Le but de cette architecture SMMArc (Service Mobility Management Architecture) a consisté à offrir des services à l'utilisateur d'après son profil. La deuxième architecture a été développée de manière à gérer des connexions TCP lorsque les nœuds mobiles changent de domaine en cours de communication. Cette architecture ATHOMIC (Architecture managing Tcp Handoff Over Mobile Ip Connections) a permis de réduire la probabilité de perte des segments lorsque les nœuds mobiles changent de domaines IP

Les réseaux ad hoc constitués de mobiles ne s'appuient sur aucune infrastructure fixe et s'auto-organisent au gré des mouvements. Dans ce domaine de recherche récent, la majeure partie de l'activité est tournée vers le routage. De part sa disponibilité commerciale et sa facilité d'utilisation, la norme IEEE 802. 11(Wi-Fi) est en général choisie comme support dans de nombreux travaux de recherche sur le routage. Mais 802. 11 n'a pas été conçue pour le contexte des réseaux multi-sauts et présente des limites que nous nous attachons à mettre en lumière. Par simulation puis par expérimentation réelle, nous soulevons un certain nombre de problèmes, allant de l'équité dans l'accès au canal aux problèmes de portée et d'impact de l'environnement. Grâce à une étude détaillée de ces divers phénomènes, cette thèse a un impact en particulier sur les protocoles de routage ad hoc et la manière dont ils sont élaborés, mais aussi sur d'autres protocoles de niveau supérieur, à commencer par TCP
Study of the IEEE 802. 11 standard un ad hoc networks context: from simulation to experimentation. The mobiles composing ad hoc networks do not rely on any fixed infrastructure and organise themselves depending on nodes movements. This research area is quite recent, and most of the work concerns routing. Because of its commercial availability and its ease of use, IEEE 802. 11 standard (Wi-Fi) is generally chosen to develop and test ad hoc routing protocols. But 802. 11 has not been originally designed for multi-hops networks and has limitations in this context that we intend to highlight. Using simulations then real world experimentations, we bring up many problems ranging from medium access equity to transmission range and environment impact. With its detailed study of these phenomena, this PhD has an impact in particular over ad hoc routing protocols and the way they are designed, but also over upper layers protocols, TCP being the first of them

With the widespread development of multimedia applications in mobile ad hoc networks, there is an increasing need for QoS guaranties. Therefore, protocols that are designed for these networks should be more greatly involved in satisfying application needs while optimizing network resources. In particular, routing protocols, whose main role is to find routes to deliver packets to their destinations, should be oriented to a QoS routing approach to make it possible for them to satisfy specific criteria such as bandwidth, packet delivery ratio or delay. In this thesis, we focus on a delay oriented proactive routing in a particular context of the IEEE 802. 11 wireless networks. Since we do not assume the network to be synchronized, we first study delays in such networks. We propose an analytical modelling of the single hop delay, then we show how the nodes can know the end to end delay. We also demonstrate that delays in 802. 11 networks are in a power low, and then we validate our model through ns-2 simulations. We design a new extension of the OLSR protocol, called DOLSR, to support the average delay metric, that is to say, capable of finding routes that minimise the average end to end delay. We implement DOLSR under ns-2 and conduct simulations to study its performances. Finally, we propose, as an alternative to the average end to end delay routing approach, a delay distribution routing approach. Basically, this is an NP hard problem but we use the power low property to propose a new heuristic to solve it
Avec l'émergence des applications multimédia dans les réseaux ad hoc, des garanties de la qualité de service QoS sont de plus en plus exigées. Le premier obstacle à franchir consiste en la connaissance de l'état du réseau en terme de délai ou de bande passante ou tout autre critère, que ce soit par modélisation ou par le biais de mesures. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude du délai et du routage avec délai dans des réseaux sans fil ad hoc particuliers que sont les réseaux 802. 11. Nous avons tout d'abord modélisé le mode d'accès DCF du protocole 802. 11. Nous avons ensuite déduis les délais moyens et les distributions de délai à un saut et multi sauts. Grâce au simulateur ns-2, nous avons pu étudié et validé notre modèle analytique. Par ailleurs, nous avons montré que les délais dans les réseaux 802. 11 suivent une loi puissance. Nous avons proposé une extension du protocole de routage proactif OLSR, que nous avons appelé DOLSR, pour le support du délai. DOLSR calcule les routes qui minimisent le délai moyen de bout en bout en se basant sur l'évaluation périodique locale du délai à un saut effectuée grâce à la modélisation et la diffusion de ce dernier via des paquets particuliers. Nous avons implémenté DOLSR sous ns-2 et étudié ses performances en terme de délai et de perte de paquets. Finalement, nous avons proposé, comme alternative au routage avec délai moyen, un routage avec distribution de délai. Ce problème étant NP complet, nous avons utilisé les résultats de l'analyse asymptotique du délai pour proposer une solution

Les réseaux sans fil multi-sauts grâce à leur flexibilité et leur rapidité de mise en œuvre permettent le déploiement à faible coût d'une infrastructure routage pouvant notamment servir à étendre la couverture des réseaux filaires. Leurs caractéristiques et les perspectives qu'ouvrent de tels réseaux ont attiré l'attention de la communauté de la recherche afin d'évaluer et de proposer des solutions notamment en termes de routage afin de permettre un développement efficace. La qualité des communications sans fil dépend de nombreux facteurs comme les effets de la propagation multi chemins ou les interférences entre les transmissions des différents utilisateurs. Aussi cette qualité de transmission peut varier de manière plus ou moins drastique au cours du temps en fonction des modifications de l'environnement d'exécution. Les singularités de ces transmissions radios ne permettent donc pas l'utilisation telle quelle des protocoles de routage développés originellement pour les réseaux filaires. En effet, ceux-ci se révèlent même extrêmement inefficaces dans ces nouveaux environnements. L'utilisation du nombre de sauts comme métrique de routage ne permet en effet pas de prendre en compte la diversité et la variabilité de la qualité des liens sans fil. Une solution prometteuse pour traiter ce problème consiste à intégrer au routage des informations relatives à la qualité des liens. Aussi, les protocoles des différentes couches doivent alors interagir pour s'échanger des informations. La couche réseau prend ainsi conscience du statut des couches inférieures et c'est que nous appellerons dans cette thèse le routage basé sur la qualité des liens. Le but principal de cette thèse est donc de montrer comment le routage inter-couche, au travers de l'utilisation d'une métrique adaptée et grâce à une méthode de mesure pertinente peut considérablement améliorer les performances du routage. Néanmoins, elle met en évidence également les effets secondaires de l'adaptation des chemins en montrant notamment en quoi une grande oscillation entre les chemins peut être nocif pour des applications sensibles aux délais. Après un court état de l'art sur les différents protocoles de routage, nous définissons dans ce mémoire différents critères pour définir une métrique pertinente basée sur la qualité des liens. Nous présentons ensuite une étude sur les méthodes de mesure de ces métriques, puis nous proposons une métrique réaliste de qualité des liens, basée sur l'efficacité de la transmission des trames (FTE) observée au niveau de la couche MAC. Cette nouvelle métrique reflète ainsi les variations du taux d'erreur de transmission liées soit à une faible qualité du lien, soit à un important taux de congestion dans la cellule. Nous montrons que l'utilisation de cette métrique inter-couche permet d'améliorer sensiblement les performances du routage. Nous proposons également un schéma de méthodes de mesures précises et générant un faible surcoût appelé QualRoute. Celui-ci utilise la nature en diffusion des supports de communication sans fil pour mettre en place un mécanisme coopératif de mesure de la qualité des liens pour lesquels on ne dispose de pas assez de trafic de données pour évaluer le taux d'erreur de transmission. Il utilise l'information observée par chaque noeud sur le trafic émis par ses voisins pour estimer à faible coût la qualité des liens avec ces derniers. Nous avons enfin évalué l'effet de la fluctuation du choix des chemins sur le routage basé sur la qualité des chemins. Nous avons défini et montré en quoi la sensibilité d'une métrique ou la fréquence de mise à jour de métrique pouvait augmenter le débit des applications. Cependant cette optimisation du débit se fait en modifiant fréquemment le choix du chemin, et peut conduire à une diminution importante de la gigue qui peut s'avérer néfaste pour les applications sensibles aux variations de délais

Cette thèse se concentre sur la conception, le développement, et l'évaluation des mécanismes cross-layer basés sur le protocole 802. 11 et qui visent à améliorer la qualité de service dans ce type de réseaux. Tout d'abord, nous avons exploré l'idée d'améliorer, séparément le fonctionnement d'une couche de communication ; à savoir le protocole MAC 802. 11e. Bien qu'on ait aboutit à des améliorations en utilisant un nouveau mécanisme adaptatif, les études de performances montrent les limitations de l'architecture en couches qui a, par ailleurs, démontré ses bons résultats dans les réseaux filaires. Il y a de nombreuses possibilités d'interaction inter-couche. Dans nos travaux, nous nous intéressons au partage de paramètres entre la couche MAC et la couche routage. En particulier, nous nous concentrons sur le problème de l'acheminement des paquets de données d'une manière qui prend en compte le niveau de congestion du canal, les caractéristiques de réseau, et les besoins de protocoles de couches hautes. Nous proposons un routage optimal en ce qui concerne la stabilité des liens, le délai de bout-en-bout, et la conservation d'énergie avec et sans assistance/initiation du réseau. Nous proposons plusieurs mécanismes cross-layer qui visent à résoudre le problème de routage dans MANETs tout en augmentant la performance des métriques de QoS importantes tel que la stabilité du chemin, la consommation d'énergie, le délai de bout-en-bout. En outre, nous identifions les avantages et les inconvénients des architectures inter-couche par rapport à l'architecture en couche traditionnelle pour améliorer la performance de protocoles de communication dans un environnement sans fil
This dissertation focuses on the design, implementation, and evaluation of 802. 11-based cross-layer mechanisms for the enhancement of the support of the QoS feature. Before the cross-layer study, we have also explored the idea of enhancing separately a communications layer; namely the existing 802. 11e MAC protocol which is designed for the QoS support. Although the improvements achieved, this study shows the limitations of the layered architecture that demonstrated its good performance in wired networks. Due to the large number of cross-layer cooperation possibilities, we emphasize, in this work, on the cooperation between the MAC and the network layers. We believe that the cooperation between these two layers provides better performance improvement than the cooperation between other layers. In particular, we focus on the problem of routing data packets in a way that takes into account channel contention level, network characteristics, and higher-layer protocol requirements. We address the optimal routing with regard to links stability, average end-to-end delay, and energy conservation with and without assistance/initiation from the network. We design several cross-layer mechanisms that aim to overcome the issue of routing in MANETs while enhancing important QoS metrics (path stability, energy consumption, end-to-end delay, etc. ). To this end, we extract the adequate parameters from both MAC and network layers and adapt them to provide QoS enhancement based on new inter-layer cooperation algorithms. Furthermore, we identify the challenges that face the cross-layer architectures comparing to the traditional layered architecture for enhancing communication protocols

Les prochaines générations de réseaux locaux sans fil ou Wireless Local Area Network (WLAN) sont amenées à supporter différents types de services et trafics. Parmi ces services, les applications multimédia qui contrairement aux applications Web et de données, requièrent des garanties strictes des paramètres de Qualité de Service ou Quality of Service (QoS). Pour exemples : (i) des délais de transfert dans le réseaux très minimes, (ii) une garantie de bande passante et un faible taux de perte de paquets. Cependant, garantir ces contraintes dans un réseau WLAN n'est pas une tâche facile étant donné que le standard IEEE 802. 11 ne fait aucune différenciation entre les flux. En effet, les couches MAC et physique concernées par les spécifications IEEE 802. 11 assurent seulement un transfert de données best-effort. Le standard IEEE 802. 11 en effet, couvre les deux couches basses du modèle OSI (MAC et physique). La couche MAC propose deux mécanismes d'accès au médium complètement différents : (i) un mécanisme distribué d'accès au canal ou Distributed Coordination Function (DCF), qui est exécuté indépendamment au niveau de chaque station sans fil ; (ii) un mécanisme basé sur une station centrale responsable de gérer l'accès au canal (Point Coordination Function (PCF)). L'accès de base qui a fait la popularité des réseaux IEEE 802. 11 est sans aucun doute DCF. Outre sa conception très simple, DCF permet de déployer un réseau sans fil en évitant tout besoin d'infrastructure et en ne nécessitant aucune gestion après le déploiement. En considérant que la clé de garantie de QoS dans les réseaux IEEE 802. 11 se situe au niveau des mécanismes d'accès au canal, notre travail par le biais de cette thèse est de s'intéresser aux moyens d'améliorer la couche MAC 802. 11 et particulièrement le mécanisme d'accès DCF, afin de supporter les trafics avec de fortes contraintes de QoS. Plus concrètement, les contributions de cette thèse sont organisées autour de deux grands axes : •l'optimisation des performances de l'algorithme Backoff Exponential Binary (utilisé par DCF) dans des environnements hostiles : (i) un taux élevé de collisions dû au grand nombre de stations dans le réseau ; (ii) un taux élevé de pertes de paquets dû aux interférences. •l'étude des concepts de QoS dans la couche MAC 802. 11 par le biais de l'introduction : (i) d'un nouveau protocole MAC 802. 11 capable de gérer la QoS ; (ii) une architecture inter-couche ou Cross Layer pour un transport robuste et fiable des flux vidéo H. 264 sur les réseaux IEEE 802. 11e
Next-generation Wireless Local Area Networks (WLAN) are involved to support a variety of services and traffic types. Among these services real-time applications, unlike Web and data transfert, requiere a strict Quality of Service (QoS) support such as: (i) low end-to-end delays; (ii) bandwidth guarantee and low drop rate. Since the IEEE 802. 11 standard fails to introduce differentiation between traffic classes, providing QoS in 802. 11-based network is very challenging. Indeed, both MAC layer and Physical layer designed by the IEEE 802. 11 standard support only best-effort transmission. Usually, the IEEE 802. 11 standard features the specifications for the two OSI's lower layers (MAC and Physical). The Medium Access Control (MAC) introduces two medium access protocols that are conceptly different: (i) Distributed Coordination Function (DCF) is a contention-based access mechanim executed independatly at each wireless station; (ii) Point Coordination Function (PCF) is a pooling-based mechanism that needs a central station to regulate the wireless traffic. The popularity of IEEE 802. 11 is mainly due to DCF, whereas PCF is barely implemented in today's products due to its complexity and inneficiently for the data transmission. Further, unlike DCF that can be deployed in every network configuration (ad-hoc and infrastructure), PCF is designed only for infrastructure-based configuration. By considering that MAC layer is the key element that provides QoS support in 802. 11-based wireless networks, our work through this thesis is to study and improve the legacy MAC layer and more especially the DCF access mechanism. Accordingly, we leverage the MAC's capability to support real-time's QoS requirements. The contributions of this thesis are organized onto two axes: •Improve the Backoff Binary Backoff (BEB) algorithm employed by DCF in two hostils environements: (i) when the newtwork operates with high collisions (high network load); (ii) when the network operates in noisy environements (high Bit Error Rate). •Study the concepts and the fesability of QoS in the 802. 11 MAC layer through the introduction of: (i) a new MAC protocol featuring QoS supports; (ii) a cross-layer architecture involoving the H. 264 encoder and the 802. 11e MAC layer aiming at ensure a robust video transport over WLAN

La gestion de la qualité de service (QoS) dans les réseaux filaires demeure toujours un réel défi aujourd'hui. Ce dernier est encore plus grand dans le contexte des réseaux sans fil, d'où souvent la QoS se voit dégradée tant au niveau de contrôle d'accès qu'au niveau du routage; et devient alors un concept important si l'on désire transporter l'information avec un maximum de fiabilité. Les plus importantes métriques de QoS sont le débit, le délai (ainsi que la gigue), la collision et le taux de pertes. Dans les réseaux sans fil, le protocole d'accès le plus utilisé est le standard IEEE 802. 11. Celui-ci permet notamment d'accéder au canal de façon distribuée grâce à la fonction de coordination distribuée ou DCF (Distributed Coordination Function). Étant donné que les performances des applications, déployées au-dessus du protocole IEEE 802. 11, dépendent directement des performances de ce dernier (gestion optimisée de l'accès au canal, partage équitable des ressources, délai de transmission borné, etc. ), il est important de chercher à optimiser et à mieux contrôler l'accès au canal. Dans ce contexte, un protocole d'accès au médium MAC efficace avec lequel les stations peuvent partager un canal commun est essentiel dans un réseau ad hoc. L'objectif général de cette thèse est donc de concevoir des algorithmes permettant de contrôler l'accès au médium et de maintenir les aspects de QoS. Notre travail de recherche est structuré en deux approches afin d'optimiser l'accès au canal du standard IEEE 802. 11 : (1) la première approche consiste à minimiser le gaspillage du canal (ce qui se produit quand il y a des collisions entre plusieurs stations ou bien quand il y a des backoff slots inutiles). Pour cela, nous avons proposé un nouvel algorithme NBA (Neighbourhood Backoff Algorithm) qui prend en considération le nombre de voisins dans la zone de couverture d'où chaque station modifie son backoff par rapport au nombre de voisins. (2) La deuxième approche est basée sur l'idée suivante: tant que l'on utilise une méthode aléatoire pour accéder au médium, telle qu'elle est défini dans le standard, on ne peut ni éviter les collisions entre les stations ni garantir les aspects de la qualité de service. Il a donc été question de proposer un nouvel algorithme d'accès au médium, appelé RC-MAC (Reduced Collisions MAC), fondé sur le principe de TDMA et qui garantit l'accès au médium sans collisions. Nous avons évalué les algorithmes cités précédemment en utilisant opnet modeler. Les performanccs de ces nouveaux mécanismes ont été comparée au mécanisme conventionnel DCF. Nous avons noté que les mécanismes proposés réalisent des meilleures performances que le standard.

L’essor des technologies sans fil offre aujourd’hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. L’évolution récente des moyens de communication sans fil permet la manipulation de l’information par des unités de calculs portables accédant au réseau via une interface de communication sans fil. Depuis quelques années, les réseaux ad hoc, réseaux sans fil ne possédant aucune infrastructure fixe dédiée à la gestion des communications, ont suscité un axe de recherche important. Les débits de ces réseaux sont actuellement tels que des applications contraignantes comme la diffusion de vidéos ou la téléphonie sur IP sont envisageables sur ces réseaux. La mise en place de qualité de service dans les réseaux ad hoc est donc une problématique clé. Pendant ma thèse, je me suis intéressé à l’évaluation des ressources disponibles dans les réseaux ad hoc. Cette problématique, trop souvent laissée de côté, est pourtant fondamentale si on veut pouvoir offrir des garanties aux applications de manière efficace. J’ai donc proposé une technique d’évaluation de la bande passante disponible qui présente de très bonnes performances et qui permet d’assurer avec précision les garanties demandées par les applications avec contraintes. A partir de cette estimation, je me suis intéressé à la cohabitation entre les flux QoS et les flux Best Effort, afin de pouvoir accepter le maximum de flux QoS d’une part et d’optimiser la gestion de la bande passante dans le réseau d’autre part. Enfin, cette estimation m’a aussi permis de proposer une évaluation fiable du délai moyen sur un chemin. Cette estimation peut être utilisée au sein d’un protocole de routage garantissant des délais moyen aux applications
Mobile Ad hoc Network (MANET) is an autonomous system of mobile nodes connected by wireless links. They require no fixed infrastructure such as base station to operate; therefore, it is an attractive networking option for connecting mobile devices quickly and spontaneously. The nodes themselves address topology changes due to the mobility, the arrival or the departure of nodes. Today, several applications general multimedia data or rely on the proper transmission of sensitive control traffic. These applications may benefit from a quality of service (QoS) support. Therefore, this field has been extensive/y studied and more and more QoS solutions are proposed for ad hoc networks. During my thesis, I focus on one of the fundamental resources, the bandwidth. Estimating the remaining bandwidth at a given time an in a given part of the network is tricky, as the medium is shared between close nodes in a wireless network. This implies that computation of the available bandwidth between two neighbor nodes requires identification of all the emitter's potential contenders and of all the receiver's potential jammers. I propose therefore a new technique to estimate residual bandwidth in ad hoc networks which present good performances. From this estimation, i have also developed a management scheme for QoS and Best Effort flows in order to increase the acceptance rate of QoS flows. Finally, we also compute an evaluation of end-to-end delay in these ad hoc networks

Examensarbetet är utfört på Axfood AB som vill se om det finns behov av att införa olika skyddsåtgärder beroende på vilken information som kommuniceras i ett trådlöst nätverk i butik. För att komma fram till ett förslag på vilka skyddsåtgärder som är lämpliga att införa vid trådlös kommunikation i en butiksmiljö har jag genomfört en kvalitativ riskanalys. Ett antal väl definierade scenarion har fungerat som en konkret utgångspunkt för riskanalysen.

I den kvalitativa riskanalysen har hot som är speciellt intressanta vid trådlös kommunikation identifierats och en riskbedömning gjordes genom att bedöma sannolikhet och konsekvens av dessa hot. Även skyddsåtgärder identifierades för att tillsammans med resultatet från riskbedömningen avgöra vilken nivå av skyddsåtgärder som är lämpliga i de olika scenarierna. Med utgångspunkt i scenarierna har sedan konkreta rekommendationer för olika skyddsåtgärder gjorts. Det har visat sig att det i de flesta fall är samma grundläggande rekommendationer som har getts för de olika scenarierna.

Detta examensarbete ska kunna användas av företaget som underlag för att besluta vilka skyddsåtgärder som är nödvändiga att investera i beroende på vilka tjänster som deras trådlösa nätverk ska tillhandahålla. Examensarbetet kan även vara intressant för andra företag som överväger att införa trådlösa nätverk.

Avec l'émergence des services multimédias dans les réseaux mobiles, des travaux pour l'introduction de la qualité de service dans les réseaux ad hoc ont été proposés. Les études existantes sont souvent basées sur des hypothèses limitées et inadaptées aux propriétés des réseaux ad hoc. Dans cette thèse, nous proposons d'abord un protocole de routage avec différenciation de terminaux qui maximise les liens sans fil de haute qualité. Le but d'une telle approche est de prendre en compte l'hétérogénéité des nœuds dans les réseaux ad hoc et de supporter les situations où des terminaux mobiles peuvent accepter ou refuser la fonction de routage. Notre proposition apporte une solution aux variations des capacités des liens sans fil en routant les paquets de préférence à travers les routeurs collaboratifs ayant une grande capacité de transmission dans le but de maintenir une meilleure qualité de lien (grand débit) des routes dans le réseau. Nous prouvons ensuite la nécessité d'une gestion multicouches de la qualité de service dans un tel environnement. Cela permet de définir une stratégie de QoS en plusieurs couches de communication dans le but de prendre en considération les contraintes liées aux spécificités des réseaux mobiles ad hoc. Un autre volet de la thèse traite l'aspect de contrôle de topologie dans les réseaux ad hoc. Il consiste à contrôler la morphologie du réseau en utilisant la mobilité d'un ensemble de routeurs dédiés afin d'améliorer les performances du réseau (connectivité ou QoS). Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ITEA Ambience dans lequel j'ai contribué à la réalisation d'une plate-forme, où les mécanismes décrits précédemment sont étudiés
With the widespread development of multimedia services in mobiles networks, numerous researches on quality of service support in ad hoc networks have been proposed. Existent studies are often based on restricted hypotheses and limited constraints. In this thesis, we first propose a new routing protocol which performs terminal differentiation and uses a reliable network core that maximizes high quality wireless hops. We address then the need of a cross-layer QoS management in MANET using IEEE 802. 11 MAC protocol. The interaction between layers improves network performance, since it takes into account the different constraints in the variable ad hoc environment. An other aspect of the thesis treats of the topology control in mobiles ad hoc networks. Our contribution proposes to control the ad hoc network topology through the deployment of dedicated mobile routers depending on the mobile nodes’ locations. Thus, the network topology is hierarchical and based on a stable high quality mobile backbone formed by mobile routers having a long autonomy. This thesis was done as part of the ITEA Ambience project in which I contributed to the development of a platform, where mechanisms represented before are studied

Avec l'émergence des applications multimédia dans les réseaux Ad-Hoc, des garanties de la qualité de service (QoS) sont de plus en plus exigées. Le premier obstacle à franchir consiste à connaître l'état du réseau en terme de délai ou de bande passante, que ce soit par la modélisation ou par le biais de mesures. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude de l'équité dans des réseaux Ad-Hoc basés sur le protocole 802. 11. Nous les avons tous d'abord modélisé et ensuite déduit les services offrant de la QoS. Dans un réseau Ad-Hoc, les communications fonctionnent en mode semi-duplex et les nœuds peuvent interférer. Dans ce contexte, les nœuds du réseau Ad-Hoc n'offrent pas un accès équitable aux ressources du réseau. L'allocation équitable des ressources est alors étudiée pour l'ensemble des nœuds dans un réseau en étoile. Nous nous sommes centrés sur l'équité au sein du réseau et sur les paquets reçus par chaque nœud. L'équité est évaluée pour des topologies de réseaux statiques appelé réseau simple étoile ou réseau double étoile. L'objectif est d'analyser le nombre de paquets reçus par chaque nœud et par conséquent le comportement de l'équité. Grâce au simulateur NS2, nous avons validé notre modèle analytique. Nous avons implémenté différents protocoles et étudié leurs performances en terme de service. L'équité est alors mesurée par un facteur de mesure appelé indice d' Pour les réseaux simple étoile, nous avons contrôlé la réception des paquets, ce qui nous a permis d'avoir une équité au sein de ce réseau et pour les réseaux double étoile nous avons pu établir un encadrement de l'indice de l'équité dans certains cas.

Nous proposons dans cette thèse trois nouvelles techniques de contrôle spécialement développées pour améliorer le débit observé par un utilisateur final dans un réseau sans fil multi-sauts. Nous présentons d’abord un modèle mathématique qui permet d’évaluer les pertes dues au terminal caché. Ce modèle est ensuite exploité pour présenter une solution au niveau de la couche MAC permettant d’améliorer le débit des connexions TCP. La deuxième technique tente d’exploiter les propriétés de diffusion du canal radio. En effet, HbH, utilise le fait que chaque transmission sans fil peut être entendue par les noeuds à proximité, pour détecter la panne d’un noeud voisin. Avec HbH, chaque noeud et après la transmission d’un message procède à une écoute du canal afin de savoir si son voisin a retransmis le paquet avant que le premier ne prenne la décision de le jeter. HbH peut être utilisé pour détecter la disparition de noeuds voisins due à la mobilité par exemple. Finalement, nous nous intéressons aux réseaux radios cognitifs. Dans ce nouveau, des problèmes de base restent encore non résolus. Une première technique de contrôle envisageable consiste à présenter des mécanismes de routage capables d’établir un chemin de bout en bout tout en tenant compte de l’instabilité de ces réseaux. Pour ces raisons, nous proposons MPP, un algorithme de routage spécialement conçu pour les réseaux radios cognitifs multi-sauts. Notre protocole établit un chemin et un ensemble de canaux radios à utiliser entre un nœud source et une destination en se basant sur des calculs probabilistes qui prennent en compte l’emplacement et l’activité des noeuds primaires plus prioritaires sur les canaux en questions.

Cette thèse aborde le sujet de gestion des grands réseaux Wi-Fi IEEE 802. 11, dits réseaux municipaux. Son objectif est de maîtriser la répartition de charge auprès de la multitude de points d'accès mis à disposition des utilisateurs fixes ou mobiles. Elle propose un système de pilotage avec sur le volet architectural la conception d'un système autonomique et sur le plan algorithmique le détail de nos protocoles pour la distribution de charge dans les réseaux 802. 11. Elle cible en particulier la gestion du service voix sur IP dans les WLAN (VoWi-Fi). Elle présente dans ce cadre l'architecture ALPA (Autonomic Load Piloting Architecture) et les algorithmes RLCA (Reactive Load Control Algorithm) et PLCA (Proactive Load Control Algorithm). La principale originalité ALPA est d'intégrer les concepts des réseaux autonomiques à l'architecture existante des infrastructures Wi-Fi. L'algorithme réactif RLCA opère sur une vue locale pour résoudre les congestions spontanées et garantir le bon fonctionnement du réseau en respectant les exigences de QoS. L'algorithme proactif PLCA se déclenche par intermittence pour optimiser les critères de performances du réseau et assurer le trafic engineering dans un contexte de mobilité

Cette thèse apporte une contribution au domaine des protocoles de contrôle d'accès au médium (MAC) for réseaux ad hoc sans fil. Ces réseaux sont par définition créés pour l'occasion et ne nécessitent aucune infrastructure a priori. La norme IEEE 802. 11 permet de réaliser aisément des réseaux ad hoc mais souffre de faiblesses en termes de capacité et d'équité, en particulier à forte charge. Cette thèse propose des alternatives à la norme. Le chapitre 1 dégage de la littérature une classification des protocoles MAC et distingue deux familles : les protocoles basés sur la compétition et ceux sans conflit. Le chapitre 2 évalue les performances de IEEE 802. 11, avec des trafics TCP, UDP et voix sur IP en présence d'un point d'accès (PA). Les effets du phénomène de champ proche-champ lointain sont étudiés. Un exemple de déploiement pour zones peu denses est présenté. Enfin, nous montrons que les concepts du réseau multi-bond peuvent être utilisés pour étendre la couverture d'un PA. Le chapitre 3 propose un nouveau protocole MAC, appelé CROMA, pour réseaux ad hoc fortement chargés. L'analyse théorique et les simulations montrent que CROMA permet d'atteindre des débits plus importants et une plus grande équité. Le chapitre 4 étudie des mécanismes qui utilisent les interactions entre couches protocolaires pour une augmentation de la capacité et pour les évolutions de CROMA : (i) une version simplifiée de CROMA et une politique d'ordonnancement tirent partie de la mobilité des terminaux. (ii) La diversité multi-utilisateur améliore la phase de réservation de CROMA basée sur l'ALOHA slotté. (iii) La détection multi-utilisateur offre également des gains important en terme de capacité
This thesis contributes to the domain of medium access control for wireless ad hoc networks. These networks are by definition created for the occasion and usually have to operate without any existing fixed infrastructure. Chapter 1 gives a synthesis of contention-based and conflict-free MAC protocols. IEEE 802. 11 DCF, heir of the first family, is able to address single and multi-hop communications. The foremost objective of this dissertation is to find alternative schemes for improved MAC performance in highly loaded networks. Chapter 2 studies the capacity of IEEE 802. 11b in case of access point (AP) centric networks with TCP, UDP, and Voice over IP traffic. The performance degradation due to the near-far effect is highlighted and some solutions are proposed. A real world deployment is presented for outdoor proviosining of high speed Internet to low density areas. Advantage of using the multi-hop concept to extend the coverage range of an AP and the corresponding issues of degradation in throughput and fairness at high input loads have been analysed in detail. In chapter 3, we propose a new slotted protocol, called CROMA, to overcome the weaknesses of IEEE 802. 11 in highly loaded multi-hop ad hoc networks. An analytical study and extensive simulations show that CROMA clearly outperforms IEEE 802. 11 in the targeted environments. Chapter 4 explores three examples of cross-layer mechanisms. Capacity improvments have been demonstrated in three cases: (i) A scheduling policy can take advantage of node mobility. (ii) Multi-user diversity improves CROMA reservation scheme based on slotted ALOHA. (iii) Multi-user detection can offer additional improvment for reservation too

On considère souvent IEEE 802.11 comme la technologie sous-jacente aux réseaux sans fil multisauts. Pourtant, dans de tels réseaux, 802.11 s'avère inefficace et/ou inéquitable dans de nombreuses situations. Cette thèse décrit un algorithme d'allocation dynamique et distribuée de débit permettant de garantir un partage équitable de la bande passante entre flux, tout en assurant une utilisation efficace du réseau. De plus, cette thèse propose une nouvelle méthode d'évaluation de l'efficacité d'un protocole en prenant en compte l'expérience utilisateur.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
In the last few years the mobile devices have been increasingly used as part of the people daily routines. The Android smartphones and tablets are responsible for a large part of this increase and are used around the clock, causing the energy consumption in these devices to be a concern. Since these devices are most of the time connected to the Internet, the energy consumed by the IEEE 802.11 interface is responsible for a fast drain in the battery lifetime, leading to the need of finding solutions to reduce the wireless interface energy consumption. Therefore, this work presents the state of the art concerning the IEEE 802.11 technology and a discussion of the most important energy consumption optimizations presented in the literature. To allow the study of the energy consumption in Android devices, a testbed setup is described and was used to perform a characterization of the IEEE 802.11 interface energy consumption in Android devices. The results showed that the implemented power saving techniques do not provide a proper trade-o↵ between the energy consumption and the end-user expectations in the presence of Continuous Media Applications. Since the Continuous Media Applications are expected to be responsible for the most part of the mobile traffic in a few years, proposing mechanisms that keep the end-user expectations while reducing the energy consumption becomes a challenge. With this challenge in mind, this work presents the EXPoSE framework which aims to extend the control of the IEEE 802.11 interface to the endusers, in Android devices. The validation of this framework in a real testbed showed energy savings between 5% and 54% while taking into account the end-user configurations. Furthermore, this work also proposes the enhanced Power save Algorithm for continuous Media Applications (OPAMA) lite mechanism for Android devices. The experimental evaluation in a real testbed showed a clear benefit of employing this mechanism in the presence of Continuous Media Applications, since, it is possible to reduce more than 55% of the energy consumption while keeping the end-user expectations, namely the maximum allowed delay. Keywords: IEEE 802.11, Continuous Media Applications, Android, Energy, End-Users.