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INFOCOM’03 - Anomalies de performances des réseaux Wi-Fi

Monday 2 June 2003

Les réseaux locaux sans fil basés sur la norme IEEE 802.11b, plus communément référencée sous le nom Wi-Fi ou Airport, commencent à être déployés de manière relativement large, et de nombreux modèles d’ordinateurs portables sont désormais pré-équipés d’une carte réseau de ce type. Les expériences visant à fournir la connectivité dans des lieux publics, par l’intermédiaire de ce que l’on nomme des hot spots, sont de plus en plus nombreuses également : gares, cafés, hôtels. Le nombre d’utilisateurs potentiels étant en forte croissance, et les premières expériences de hot spots bien avancées, on peut donc se demander de quelle manière ce type de réseau résiste à la charge du nombre d’utilisateurs et du débit demandé.

Nous présentons des résultats surprenants dans une étude publiée dans la conférence INFOCOM 2003 qui s’est tenue à San Francisco, CA. Il apparaît en effet que, dans certaines circonstances très banales, ce type de réseau sans fil présente une anomalie de performances relativement pénalisante : les utilisateurs pouvant disposer d’une meilleure connectivité, et donc d’un meilleur débit, sont pénalisés par ceux disposant de conditions dégradées.

Voici présentés plus en détail ces résultats

Dans leur mode de fonctionnement classique, les réseaux de type 802.11b reposent sur une infrastructure filaire fixe. Des points d’accès sans fil sont reliés à un réseau local à haut débit, le plus souvent de type Ethernet, et effectuent la liaison entre les équipements connectés par réseau sans fil et le réseau local filaire puis Internet.

Réseau WiFi

Les cartes réseau sans fil disposent de quatre niveaux de débit différents, qui correspondent en réalité à différentes techniques de modulation du signal qui seront sélectionnées en fonction de la qualité de la connexion au point d’accès. Plus simplement, un équipement près du point d’accès disposera d’un bon débit, nominalement 11 Mbit/s, puis, lorsqu’il s’éloigne, celui-ci passe à 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s, et finalement 1 Mbit/s à mesure que le signal s’affaiblit et se dégrade.

Voici ce qui peut se produire : supposons que quelques utilisateurs disposent potentiellement du meilleur débit dans la zone de couverture d’un point d’accès, car s’en trouvant proche, soit 11 Mbit/s. Un utilisateur entre dans cette zone de couverture et, se situant relativement loin, est donc connecté à 1 Mbit/s. Lorsque ce dernier utilisera le canal sans fil pour communiquer, c’est-à-dire qu’il transmettra des données, cette activité provoquera une chute de débit pour tous les autres, ramenant ceux-ci à un débit apparent identique au sien, soit 1 Mbit/s. Ce même type d’observation est valable quelles que soient les valeurs parmi les quatre citées plus haut, le plus faible débit sera observé par tous les hôtes.

Cette anomalie, inhérente au protocole d’accès au médium CSMA/CA défini dans la norme IEEE 802.11, est pénalisante pour les utilisateurs du réseau. Malgré une bonne connexion, leurs performances apparentes peuvent se trouver fortement dégradées à leur insu et de manière totalement imprévisible, du simple fait de l’activité d’un hôte tiers moins bien connecté vers le même point d’accès sans fil. Toutefois, bien qu’étant parfaitement observable sur n’importe quel réseau de ce type, l’impact de cette anomalie doit être quelque peu tempéré pour deux raisons. Premièrement par le fait qu’aujourd’hui la plupart des équipements connectés au réseau l’utilisent de manière sporadique et non continue : les périodes d’activité, comme le téléchargement d’une page Web, sont relativement courtes par rapport au temps mis pour la lire ; par contre, si une communication de longue durée est en cours - téléchargement, connexion audio ou vidéo, par exemple - elle pénalisera de manière continue les autres utilisateurs. Un second facteur atténuant vient des protocoles de niveaux supérieurs, principalement TCP, dont les mécanismes internes ont un effet de régulation sur les débits observés. Cependant, nous travaillons actuellement sur la recherche de solutions à ce problème afin de limiter ou supprimer cette anomalie, qui pourrait se révéler très pénalisante avec le développement des nouvelles applications de communication audio et vidéo sur Internet. Notre étude a été validée expérimentalement en utilisant 801.11b. Bien que disposant de débits plus importants, les produits basés sur les normes 802.11a et 802.11g sont sujets au même type d’anomalie, car ils utilisent la même technique d’accès.

- [INFOCOM 2003] Martin Heusse, Franck Rousseau, Gilles Berger-Sabbatel, and Andrzej Duda. Performance anomaly of 802.11b. In Proceedings of IEEE INFOCOM 2003, San Francisco, USA, 30 mars-3 avril 2003.
- [IEEE Wireless] Standards IEEE pour les réseaux sans fil

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