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Pierre Brunisholz

Supports de communications ubiquitaires pour les réseaux à l’échelle de la ville

PhD (in french), July 2019

Wednesday 10 July 2019

Le Wi-Fi est omniprésent dans les villes, que ce soit par le nombre grandissant de point d’accès public, ou la déploiement massif de points d’accès privés, sous la forme de boxes d’opérateurs notamment. Si nous supposons que l’ensemble de ces points d’accès soient utilisables afin de permettre à n’importe quel appareil d’accéder à Internet, alors nous aurions potentiellement une couverture réseau sur l’ensemble de la ville. Ce postulat nous a conduit à nous demander si le Wi-Fi pouvait être utilisé comme réseau à l’échelle urbaine.

Ce réseau pourrait plus particulièrement être utilisé dans un contexte de mobilité. Or, le Wi-Fi n’a pas été conçu dans le but de gérer des utilisateurs mobiles, et les appareils doivent régulièrement changer de points d’accès lorsqu’ils n’ont plus de connectivité. Ce mécanisme, appelé handover, peut être long car les appareils doivent d’abord constater leurs pertes de connectivité avant de commencer à chercher le prochain point d’accès auquel s’associer. Il peut être particulièrement long pour des appareils comme les smartphones car ces derniers sont contraint en énergie et n’appliquent donc pas une politique de handover aggressive.

Dans ce contexte nous avons cherché à caractériser les applications possible sur le Wi-Fi lorsqu’un utilisateur est mobile, en fonction de la durée de handover de son équipement, de sa vitesse et de la densité des points d’accès présents dans la ville. Nous avons constaté que pour les utilisateurs se déplaçant à faible allure, l’impact de la durée de handover est faible au regard de la connectivité totale, ce qui leur permet d’utiliser des applications gourmandes en terme de bande passante tant que celles-ci possèdent un certain degré de tolérances aux déconnexions. Cependant lorsque la vitesse de déplacement augmente, la durée de handover dégrade progressivement la connectivité des utilisateurs, de telle sorte que ceux ayant une allure élevée ne peuvent plus espérer utiliser les différents points d’accès. En effet, les équipements passent alors plus de temps à effectuer des handovers qu’à échanger des données applicatives.

Les retransmissions jouant un rôle important dans la durée de handover, nous avons étudié finement leurs fonctionnement en 802.11. Pour cela nous avons mis en place un banc d’essai nous permettant d’observer les séquences de messages retransmis par différentes implémentations de 802.11 lorsque l’on fait subitement disparaitre le point d’accès. Nous avons comparé ces séquences avec celle décrite dans le standard, et nous avons constaté que le nombre de retransmissions maximal ainsi que l’augmentation de la fenêtre de contention n’étaient pas respectés. De plus, ces implémentations passent beaucoup de temps à tenter de retransmettre avant d’initier leurs procédures de handover. Les retransmissions sont aussi utilisées dans les algorithmes d’adaptation de débits afin de déterminer si le lien se dégrade. Or, lors de la contention, le nombres de pertes augmente avec la plus forte probabilité de collisions. Afin d’observer l’impact des retransmissions sur les algorithmes d’adaptation de débits lors de la contention, nous avons mis en place un banc d’essai composé d’une trentaine de stations identiques. Nous avons constaté que l’algorithme de contrôle de débit utilisé est sous optimal par rapport à l’utilisation d’une modulation unique.

Enfin, nous nous sommes intéressés à l’utilisation d’un tel réseau à l’échelle de la ville afin d’acheminer des données ayant une forte validité spatiale. Nous avons alors proposé un schéma d’adressage géographique exploitant l’infrastructure d’Internet. Il permet à la fois d’obtenir un découpage hiérarchique du monde, et d’avoir un préfixe hiérarchique des adresses, similaire à celui de CIDR. Nous montrons que ce schéma d’adressage peut être utilisé dans des adresses multicast pour envoyer des messages à destination de zones géographiques précises (surface minimale d’un mètre carré).


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