Généralités sur la gestion de mobilité dans les réseaux sans fil hétérogènes

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Handover Diagonal

Le handover diagonal est la combinaison des deux précédentes versions de handover. Cela consiste à changer de cellule (handover horizontal) et en même temps à changer de technologie de transmission (handover vertical).Il permet donc de transférer le trafic d’un point d’accès dont on arrive en limite de connexion vers un réseau de technologie différente. Par exemple, un internaute surfant sur internet via un accès 802.11 se connecte au réseau WIMAX en gardant sa connexion lorsqu’il sort de sa cellule 802.11.

Nécessité du handover

Dans un environnement hétérogène, plusieurs caractéristiques du réseau ont un effet sur la prise de décision d’exécution d’un handover. Toutefois, la plupart de ces caractéristiques ne sont pas nécessaires dans les handovers horizontaux. Les caractéristiques suivantes constituent les principales difficultés, qui sont particulièrement importantes lors de la phase de décision dans les milieux hétérogènes et dans la conception des handovers intelligents.

Condition du réseau

Le basculement à un réseau offrant des conditions de disponibilité des ressources meilleures et des performances élevées s’effectue normalement afin de fournir des niveaux de qualité de service améliorés. Les taux de transmission, les taux d’erreur ainsi que d’autres caractéristiques peuvent être mesurées afin de déterminer lequel des réseaux pourraient fournir une plus grande assurance à la continuité de la connectivité.

Couverture et qualité du signal

Les WWAN fournissent une large couverture géographique disposant d’une bande passante d’accès moins faible tandis que les réseaux WLAN et WPAN offrent une couverture limitée et des taux plus élevés d’accès aux données.

Coût de communication

Pour différentes technologies d’accès radio, il y aurait des politiques de tarifications différentes. Par conséquent, dans certaines situations, le coût d’un service du réseau devrait être pris en considération au niveau de l’implémentation de la gestion des décisions de handover.

Répartition de charge

La répartition de charge est établie lorsque le réseau serveur est largement chargé et incapable de garantir la qualité de service optimale avec l’existence d’un réseau voisin disponible et disposant des ressources nécessaires.

Préférence d’un utilisateur

La préférence personnelle d’un utilisateur en vers un réseau d’accès pourrait conduire à la sélection d’un type de réseau par rapport aux autres candidats.

Les différentes phases du handover

Quel que soit les raisons qui poussent un noeud mobile à quitter son réseau courant pour aller sur un nouveau réseau, ce processus doit être imperceptible pour l’utilisateur. Le temps de latence du handover (temps entre déconnexion et reconnexion) ne devrait pas dépasser un certain seuil limite, sinon, on aboutit à une détérioration de la qualité de service surtout pour les applications temps réel. Pour atteindre cet objectif, le handover se fait à travers 3 phases [6][7].

Les algorithmes de basculement dans un environnement hétérogène

Dans le contexte de handover horizontal, la décision peut être initiée par le mobile ou bien par le réseau comme c’est le cas avec les réseaux 3G et le réseau WiMAX. La décision de celui-ci est faite selon un algorithme basé sur la puissance de signal radio uniquement. Quant aux deux autres types de handover (le handover vertical et le handover diagonal), ils se déroulent lorsque le mobile dispose de plusieurs interfaces radios appartenant chacune à une technologie particulière (ex : WiFi, WiMAX, etc.).Ils impliquent au moins deux différentes interfaces réseaux. Le MN (Mobile Node) peut procéder à un handover lorsqu’il se trouve à la limite de la zone de couverture ou le réseau actuel ne fournit plus la qualité de service requise. Ainsi, une décision peut considérer différents paramètres. Le défi de la prise de décision est de déterminer le compromis le plus favorable parmi tous ces paramètres pour choisir le meilleur point d’attachement. Le mécanisme de décision pour les réseaux hétérogènes a attiré nombreuses études de recherche introduisant différentes solutions. C’est la phase dans laquelle les décisions de basculement de lien radio sont prises. La plupart du temps, ces décisions sont prises par l’operateur du réseau et suivent ainsi une approche appelée orientée réseau (network-centric approach). Toutefois, ils peuvent aussi être effectués aux terminaux d’utilisateur (user-centric approach), ou certaines décisions sont faites en assurant la collaboration entre les deux approches (collaborative approach).

Approche orientée réseau

Le responsable de la prise de décision dans cette approche est le réseau. Elle se base principalement sur le bénéfice de l’operateur même si certains mécanismes pourraient prendre en considération les exigences de l’utilisateur avant la prise de décision. Les arrangements dans cette approche traitent le moyen d’optimisation de la bande passante du réseau.

Approche orientée utilisateur

Dans ce type d’approche, les décisions sont prises par le terminal utilisateur et elles sont fondées uniquement sur les éventuels bénéfices de l’utilisateur sans considérer la répartition de la charge réseau ou des autres utilisateurs. Par conséquent, les arrangements en cette approche traitent surtout le problème de sélection du réseau consistant à trouver le noeud le plus rentable pour l’application de l’utilisateur. Nous percevons certains débats à propos de cette approche puisque les nouveaux utilisateurs ne considèrent que leur propre privilège et ne se soucient pas de la distribution de la charge du réseau. Ainsi, le réseau peut être encombré et facilement congestionné aboutissant à la dégradation de la qualité des utilisateurs permanents. En outre, après avoir choisi un lien, si la demande de connexion est rejetée par l’opérateur pour certaines raisons, l’utilisateur devra traiter de nouveau la sélection du réseau résultant à une consommation d’énergie plus élevée.

Méthode d’accès au média

Dans la norme originale, la sous couche MAC définit deux modes de fonctionnement différents:
– Le mode DCF (Distributed Coordination Function).
– Le mode PCF (Point Coordination Function).

Le mode DCF (Distributed Coordination Function)

DCF est un mode qui peut être utilisé de la même façon par toutes les entités d’un réseau sans fil, et qui permet un accès équitable au canal radio sans aucune centralisation de la gestion de l’accès (mode totalement distribué). Ce mode peut aussi bien être utilisé lorsqu’il n’y a pas de point d’accès (mode ad hoc) que lorsqu’il y en a (mode infrastructure).
Dans le mode DCF, lorsque le canal devient libre, la station doit attendre une durée aléatoire supplémentaire appelée backoff représentant le temps pendant lequel le canal doit rester libre avant que la station puisse émettre sa trame. Pour une station, ce mécanisme s’applique lorsque le canal devient libre que ce soit après l’une de ses propres émissions qu’après toute autre émission. Ainsi, si plusieurs entités veulent émettre simultanément, il y a peu de chances pour qu’ils choisissent la même durée de backoff. Celui qui a choisi le plus petit backoff commence à émettre, et les autres vont se rendre compte qu’il y a à nouveau de l’activité sur le canal et vont attendre. La figure 2.09 schématise ce qui se passe lorsque deux stations à portée l’un de l’autre veulent émettre quand le canal est libre.
Lorsque le canal reste libre pour une période DIFS, les stations qui veulent émettre choisissent un backoff pris aléatoirement dans un intervalle compris entre zéro et un entier appelé CW.
Ce nombre est multiplié par un temps élémentaire appelé Slot d’une durée de 20 μs. Dans l’exemple, la station 1 choisit un backoff égal à deux et la station 2 un backoff égal à cinq. Une fois ce tirage effectué et tant que le canal reste libre, les stations décrémentent leur backoff jusqu’à ce que l’un d’eux ait terminé et puisse alors émettre (ici la station 1). Le station 2 étant à portée détecte une activité sur le canal, stoppe la décrémentation de son backoff et entre en période de report de transmission.

Qualité de Service dans le réseau WiMAX

Le WiMAX a été conçu dès le début pour prendre en charge la Qualité de Service (QoS).
La notion de QoS dans ce réseau est étroitement liée à celle du flux de service (service flow) qui en est le concept clé. Le flux de service représente un service de transport unidirectionnel de la couche MAC qui permet l’acheminement du trafic sur le lien montant ou descendant. Cela est réalisé par le biais d’allocations à chaque connexion entre le terminal et la station de base pour une classe spécifique de QoS. Cette connexion est identifiée par un unique identificateur CID (Connection, Identifier), et correspond à un lien logique entre le MAC de chacun des deux entités. Le flux de service associé, permet de définir les paramètres de QoS, une fois la connexion effective. Ces paramètres sont rattachés aux paquets afin de permettre à l’entité ordonnanceur de décider de leur priorité.

Table des matières

CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA GESTION DE MOBILITE DANS LES RESEAUX SANS FIL HETEROGENES
1.1 Introduction
1.2 Présentation des réseaux sans fil
1.2.1 Réseaux personnels sans fil (WPAN)
1.2.2 Réseaux locaux sans fil (WLAN)
1.2.3 Réseaux métropolitains sans fil (WMAN)
1.2.4 Réseaux étendus sans fil (WWAN)
1.3 Gestion de la mobilité radio dans un contexte hétérogène
1.3.1 Processus de handover
1.3.2 Nécessité du handover
1.3.3 Les différentes phases du handover
1.4 Les algorithmes de basculement dans un environnement hétérogène
1.4.1 Approche orientée réseau
1.4.2 Approche orientée utilisateur
1.4.3 Approche collaborative
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 PRESENTATION DE DEUX COMPOSANTS DE RESEAUX HETEROGENES
2.1 Introduction
2.2 Le réseau WiFi
2.2.1 Architecture du réseau WiFi
2.2.2 Les couches protocolaires
2.2.3 Méthode d’accès au média
2.2.4 Handover dans le réseau WiFi
2.3 Le réseau WiMAX
2.3.1 Les couches protocolaires
2.3.2 Qualité de Service dans le réseau WiMAX
2.3.3 Architecture du réseau WiMAX
2.3.4 Handover dans le réseau WiMAX
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 ASPECTS TECHNIQUES DU GESTION DE HANDOVER BASE SUR UNE EXTENSION DE MIH ET LES ALGORITHMES DECISIONELS MADM
3.1 Introduction
3.2 Le standard IEEE 802.21 ou MIH
3.2.1 Architecture du MIH
3.2.2 Media Independent Event Services (MIES)
3.2.3 Media Independent Command Services (MICS)
3.2.4 Media Independent Information Services (MIIS)
3.3 Protocole de gestion de mobilité
3.3.1 Mobile IPv4
3.3.2 Mobile IPv6
3.4 Architecture de gestion de handover proposée
3.5 Algorithme fondé sur les méthodes MADM
3.5.1 La méthode SAW
3.5.2 Méthode WPM
3.5.3 Méthode TOPSIS
3.5.4 Algorithme de prise de décision multicritère définissant une approche collaborative
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 IMPLEMENTATION ET SIMULATION SOUS NS2
4.1 Introduction
4.2 Présentation générale du simulateur ns2
4.2.1 Choix de la version
4.2.2 Utilisation
4.2.3 Les principaux composants
4.2.4 Outil de visualisation NAM
4.3 Implémentation du Media Independent Handover (MIH)
4.3.1 Architecture et fonctionnement
4.3.2 Modification du MAC layer pour le support de MIH
4.4 Implémentation de l’algorithme décisionnel multicritère
4.5 Modèle et scénario de simulation
4.6 Paramétrage et configuration sous NS2
4.7 Simulation
4.7.1 Premier scénario
4.7.2 Deuxième scénario
4.7.3 Impact sur les pertes de paquets
4.8 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1
ANNEXE 2
ANNEXE 3
ANNEXE 4
BIBLIOGRAPHIE

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