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THÈSE Présentée pour obtenir le grade de Docteur en Technologies de l'Informati

THÈSE Présentée pour obtenir le grade de Docteur en Technologies de l'Information et de Communications de l'École Supérieure des Communications de Tunis et de l'École Nationale Supérieure des Télécommunications de Paris Spécialité : Informatique et Réseaux par Mériem AFIF Interaction des Mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les Réseaux Mobiles B3G Soutenue le 12 Novembre 2007 devant le jury composé de : Riadh Robbana Professeur, EPT-Tunis Président Tijani Chahed Professeur, INT-Evry Rapporteur Zied Choukair Maître de Conférences, SUPCOM-Tunis Rapporteur Sihem Guemara Maître de Conférences, SUPCOM-Tunis Examinatrice Elie Najm Professeur, ENST-Paris Examinateur Sami Tabbane Professeur, SUPCOM-Tunis Directeur de Thèse Philippe Martins Maître de Conférences, ENST-Paris Directeur de Thèse Travail effectué, dans le cadre d'une convention de co-tutelle, au sein de l'unité de recherche MEDIATRON de SUP'COM et du département INFRES de l'ENST-Paris Mériem Afif SupCom/Enst Remerciements Cette thèse au long cours s'achève et je tiens ici à remercier toutes les personnes qui m'ont accompagnée, soutenue et bien souvent donnée d'elles-mêmes durant toutes ces années. Cette thèse n’aurait vu le jour sans la confiance, la patience et la générosité de mes deux directeurs de thèse, Monsieur Sami Tabbane, professeur à l'École Supérieure de Communications de Tunis, et Monsieur Philippe Martins, maître de conférence au département informatique et réseaux de l'École Nationale Supérieure de Télécommunications de Paris. Je voudrais aussi les remercier pour le temps qu’ils m’ont accordé tout au long de ces années, d’avoir cru en mes capacités et de m’avoir aidé à élaborer mes travaux de thèse. De plus, les conseils qu’ils m’ont divulgué tout au long de la rédaction, ont toujours été clairs et succincts, me facilitant grandement la tâche et me permettant d’aboutir à la production de cette thèse. Je les remercie également pour leurs qualités humaines certaines, leur disponibilité et leur écoute qui ne sont jamais démenties, et pour toute l'énergie consacrée. Je ne sais comment exprimer ma gratitude à ces deux personnes autrement qu'en leur promettant d'agir comme eux avec des étudiants dans ma situation, si un jour l'occasion m'en est donnée. Je tiens à remercier Monsieur Philippe Godlewski, professeur au département INFRES, pour avoir bien voulu réviser la thèse. Ses commentaires et ses suggestions ont été fort judicieux et appréciés. Nos discussions longues et passionnées et son esprit critique ont largement contribué à m'aquérir rigueur dans mon travail. Je le suis profondément reconnaissante pour ses conseils et critiques qu'il m'a prodigués tout au long de mes séjours à l'ENST. Je voudrais également remercier Monsieur Riadh Robbana qui m'a fait l'honneur de présider le jury de ma soutenance. Mes plus chaleureux remerciements s’adressent à Monsieur Tijani Chahed et à Monsieur Zied Choukair d'avoir accepter la lourde tâche de rapporter ce mémoire, de même que de participer au jury. Ils ont également contribué par leurs nombreuses remarques et suggestions à améliorer la qualité et la clarté de ce mémoire, et je leur en suis très reconnaissante. Mes remerciements vont également aux examinateurs qui ont eu l'amabilité d'examiner ma thèse. Je pense, plus particulièrement à Madame Sihem Guemara et Monsieur Elie Najm. Je souhaite également exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Naceur Ammar, directeur de SupCom, et Monsieur Sadok Mabrouk, ancien secrétaire générale de SupCom, pour leurs aides et Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 3 Mériem Afif SupCom/Enst encouragements. J'ai une pensée toute particulière pour toute l'équipe du département INFRES, doctorants et stagiaires, avec qui j'ai partagé mes séjours à l'ENST avec beaucoup de bonheur et parmi lesquels je comptes à présents certains de mes meilleurs amis. Je pense aussi à mes collègues et amis de MEDIATRON et de SupCom qui ont vécu avec moi divers moments tristes ou joyeux de ma vie de doctorante. Je pense plus particulièrement à Manel. Que soient aussi remerciés les membres de ma famille, je leur remercie pour leurs encouragements et leur soutient constant. Un grand merci à ma chère mère et à ma soeur qui m’ont toujours encouragée à terminer cette thèse. Je les remercie d'avoir su créer autour de moi une bonne ambiance de détente. Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 4 Mériem Afif SupCom/Enst Je dédie ce travail A la mémoire de mon cher et regretté père A ma chère mère «En témoignage de ma profonde affection et mon amour indéfectible, qu'ils trouvent ici une récompense aux sacrifices déployés à mon égard depuis ma naissance» A tous les membres de ma famille A tous mes amis Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 5 Mériem Afif SupCom/Enst « Il n'y a point de chemin trop long à qui marche lentement et sans se presser ; il n'y a point d'avantages trop éloignés à qui s'y prépare par la patience.» Jean de LA BRUYÈRE Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 6 Mériem Afif SupCom/Enst Résumé de l'étude Ce rapport est composé de 6 chapitres. L'objectif de ce travail de thèse est de montrer comment tirer profit des interactions inter-couches pour le contrôle de congestion et de flux. Le contexte de notre étude a pour contexte principale les réseaux mobiles de transmission de données (EDGE/EGPRS) et plus particulièrement le handover data intra et inter-RAT (Radio Access Technology) (EDGE/WLAN). Nous nous intéressons dans ce travail au protocole de transport SCTP (Stream Control Transmission Protocol). Optimiser de manière dynamique la transmission de données, en tenant compte à la fois des besoins de différentes applications et des caractéristiques très variables du médium, nécessite de nouvelles interactions entre différentes couches de la pile protocolaire. Les solutions liant les réactivités des couches transport aux changements des conditions de transmission sur l'interface radio, requièrent le choix du protocole de transport. Nous avons considéré le SCTP dans nos études afin de profiter de ses caractéristiques innovantes par rapport aux protocoles de transport usuels (TCP et UDP). Notre analyse de couche transport se base, dans un premier temps, sur le mécanisme multistreaming de SCTP. Les résultats de simulations montrent que les performances obtenues avec SCTP avec multistreaming sont meilleures que celles obtenues avec TCP, supportant une application de type HTTP1.0 et opérant sur une interface radio de type EDGE/EGPRS. SCTP avec multistreaming permet d'éviter les problèmes de head of Line Blocking (HoL), résultat déjà établi par plusieurs études sur les réseaux filaires. La deuxième contribution de cette thèse porte sur la conception d'un nouveau mécanisme permettant de remonter les mesures sur l'interface radio à la couche SCTP. Nous proposons ainsi une extension de SCTP basée sur le multihoming et la remontée des mesures de qualité de lien radio. Nous créons un nouveau chunk, appelé QoS_Measurement_Chunk. C'est grâce à ce chunk que SCTP met à jour ses paramètres de contrôle de congestion (cwnd, ssthresh) en fonction des mesures (MCS, BLER) qui y sont contenues. Ce concept, testé dans des situations de dégradations de la qualité sur l'interface radio, montre une meilleure performance que le SCTP standard. Le QoS_Measurement_Chunk, basé sur une association du multihoming à la mobilité, prouve une amélioration des performances de SCTP particulièrement dans une situation de handover data EDGE/EDGE et EDGE/WLAN. Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 7 Mériem Afif SupCom/Enst Notre troisième contribution concerne l'élaboration de modèles analytiques permettant de lier le comportement au niveau SCTP aux conditions de propagation au niveau de la couche liaison de EDGE. Nous mettons en évidence ainsi une modélisation inter-couches entre la couche liaison et la couche transport. Des simulations, nous ont permis de relever des mesures sur le débit utile disponible au niveau SCTP ainsi qu'au niveau liaison. Plus précisément, les résultats obtenus nous ont permis de représenter le débit utile au niveau SCTP en fonction du débit utile au niveau liaison de EDGE. Nous pouvons ainsi modéliser les réactivités de la couche transport en fonction des paramètres qualité de la couche liaison sur une connexion évaluée de bout en bout. Au moyen des outils mathématiques, des équations théoriques paramétrables ont été obtenues. En fonction du couple (MCS, BLER), une fonction analytique quadratique permet de lier l'évolution de la taille de la fenêtre de congestion au débit utile sur l'interface radio. Cette modélisation introduit une modification du mécanisme de contrôle de congestion consistant ainsi en une restriction à la phase slow start. La fenêtre de congestion n'évolue plus de façon exponentielle, ses variations sont plutôt conditionnées par les conditions de transmission sur l'interface radio qui lui sont remontées dans des chunks de contrôle ; les SACKs par exemple. Ceci permet d'avoir un contrôle continu de la connexion. Nous avons procédé par des tests, au moyen des outils statistiques, afin de choisir judicieusement les fonctions mathématiques proposées pour chaque (MCS, BLER). Cette optimisation cross-layer permet ainsi l'évitement de congestion au niveau transport déclenchée par des dégradations sur l'interface radio. Notre but est de fournir un moyen permettant de modéliser de façon optimale l'interaction entre la couche transport (SCTP) et la couche liaison (RLC/MAC EDGE). Interaction des mécanismes RLC/MAC et de SCTP dans les réseaux mobiles B3G 8 Mériem Afif SupCom/Enst Abstract uploads/Geographie/ these-meriem-afif.pdf