Cross layer interactions for adaptive communications in IEEE 802.11 wireless LANs
Mécanismes d'interactions intercouches pour améliorer la performance des réseaux locaux sans fil IEE 802.11
Résumé
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.
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.
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