Perfomance of Millimite-wave Local Area Networks
Performances des réseaux locaux millimétriques
Résumé
With the exponential increase in wireless data traffic risking to overwhelm the current networking infrastructures, millimeter-wave (mmWave) networking is seen as one of the most promising paths out of the logjam.
IEEE introduced a new standard, 802.11ad, that uses mmWave frequencies for deli- vering multi-Gigabit capacities in a wireless local area network setting. Such capacities, however, do not come for free. mmWave frequencies have poor propagation characteristics and suffer from blockage, whose consequences on the networking protocols are not fully understood. Throughout this thesis, we first aimed at an in-depth understanding of two key primitives in 802.11ad networks in environments rich with blockage : user association and reliability. Using off-the-shelf hardware and a multi-layer tracing tool allowing unpre- cedented granularity in the analysis of 802.11ad networks, we shed lights on blind spots regarding reliability at both link layer and transport layer.
The key innovation of the mmWave standard is its beamforming training protocol. Executed periodically at the beginning of every beacon interval, it enables the formation of directional links. To address contention during the uplink part of beamforming training, 802.11ad introduced A-BFT, an Aloha-inspired, two-level backoff race. While central to initial access in 802.11ad networks, the performance of this protocol, however, remains poorly understood. We proposed an accurate analytical finite-population model for evaluating the performance of 802.11ad A-BFT under the assumption of ideal channel conditions. After using an open-source simulator to demonstrate its accuracy, we use our model to assess the performance of A-BFT. We find that a counter- intuitive, quit- easily/be-lazy approach by the stations leads to the best overall beamforming training performance.
Après plus de vingt ans de succès des accès sans fil, le volume de trafic des données mo- biles connaît toujours une croissance exponentielle. Pour répondre à ces besoins, plusieurs pistes complémentaires sont envisageables dont l’utilisation des ondes millimétriques que nous avons étudiée dans cette thèse au travers du standard IEEE 802.11ad.
Nous nous sommes intéressés à la qualité du lien radio et à son impact sur les protocoles, à sa fiabilisation et aux mécanismes de changement de point d’accès dans un environnement densifié. En utilisant un banc de test composé d’équipements sur étagère, nous en avons évalué les performances. Nos expériences indiquent qu’un déploiement dense en points d’accès est nécessaire afin d’assurer une bonne connectivité dans un environnement encombré. Nous avons étudié de près la procédure de changement de point d’accès. Nous avons mis en évidence l’intérêt d’utiliser des métriques spécifiques à l’environnement de ce protocole pour prendre des décisions rapides et robustes.
La dynamique particulière du canal millimétrique nous a alors motivé pour revisiter les études de performances des mécanismes de fiabilité à travers la pile protocolaire. En combinant simulation et expérimentation, nous avons remis en cause la validité des hypothèses adoptées classiquement et qui supposent des taux d’erreur de trames (ou binaires) constants. Nous avons passé au crible les performances des mécanismes de fiabilité des couches liaison de données et transport.
Pour finir, les procédures d’entrée dans le réseau et de changement de points d’accès évoquées précédemment imposent une phase d’association initiale pour laquelle le standard a proposé un protocole original inspiré de l’Aloha discrétisé. Nous avons développé un modèle mathématique en vue d’en étudier les performances. Nous avons montré que le délai d’association peut devenir très élevé quand le nombre de stations augmente et que les valeurs des paramètres proposées par le standard ne sont alors pas optimales. Nous avons identifié le paramétrage qui minimise ce délai. Nous suggérons de réduire le nombre autorisé de tentatives en échec et d’augmenter la durée des phases au cours desquelles la station qui a échoué s’abstient de toute nouvelle tentative.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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