Les réseaux ad hoc

Diverses technologies sans fil (par exemple, Bluetooth [30], IEEE 802.11 [32], HomeRF [31], HiperLAN [33]) ont été proposées, dans le but de substituer les transmissions filaires par des ondes radio-électriques. Ces technologies sont adaptées à des contextes d’utilisation spécifiques et ont notamment donné naissance à deux types de réseaux : les réseaux personnels sans fil ou PAN (Personal Area Network) et les réseaux locaux sans fil ou WLAN (Wireless Local Area Network).

Les réseaux locaux sans fil sont en passe de devenir l’une des principales solutions de connexion pour de nombreuses entreprises. Le marché du sans fil se développe rapidement dès lors que les entreprises constatent les gains de productivité qui découlent de la disparition des câbles. Au début de cette génération, une catégorie de ces réseaux sans fil, s’est essentiellement implémentée dans les usines, entrepôts et magasins de détail. Elle a finit par toucher les activités de santé, les institutions éducatives et les bureaux des grandes entreprises pour atteindre ensuite les entreprises, les salles de conférence, les zones publiques et les agences locales. La généralisation des WLAN dépend de la standardisation de l’industrie.

Un réseau local sans fil couvre le périmètre d’un réseau local, correspondant à celui d’un espace publique ou d’une entreprise. L’usage des technologies IEEE 802.11, HiperLAN et HomeRF est pertinent pour ce type de réseau puisque leur portée d’émission est de l’ordre de plusieurs centaines de mètres. Ces technologies utilisent deux méthodes différentes pour gérer la mobilité des utilisateurs. Certains réseaux, appelés réseaux à base d’infrastructures, ne supportent que le mouvement des terminaux, le cœur du réseau restant fixe.

D’autres réseaux, dits réseaux ad hoc, s’appuyant sur les technologies IEEE 802.11 et HiperLAN, proposent une solution alternative afin de fournir une connectivité à des terminaux fixes ou mobiles qui demandent un déploiement rapide. Ces réseaux se distinguent des autres formes de réseaux sans fil par une absence totale d’infrastructure fixe. Ils peuvent exister de façon autonome ou aussi être connectés à d’autres types de réseaux sans fils ou filaire, à base d’infrastructure ou non, et former ainsi un réseau hybride. Ces deux catégories de réseaux sans fil (réseaux à base d’infrastructure et réseaux ad hoc) partagent un certain nombre de problématiques communes, induites par les contraintes physiques inhérentes aux ondes radioélectriques : une faible bande passante et un faible taux de transmission (ou débit). Ces contraintes sont dues essentiellement à :
• Un canal de transmission susceptible d’être victime d’interférences, bruits ou parasite, pouvant affecter le signal,
• La distance entre deux terminaux sans fil,
• L’impossibilité à contrôler la propagation des ondes dans une direction particulière, d’où une pollution du canal et des collisions fréquentes.

En plus de ces contraintes, les réseaux ad hoc doivent faire face à d’autres problématiques qui leur sont propres :
• Les liens de communication dans les réseaux ad hoc sont asymétriques. Cela signifie que si un terminal reçoit un message d’un autre terminal, la réciproque n’est pas forcément vraie.
• L’accès au canal n’est pas contrôlé par une entité assurant la coordination des terminaux ou la synchronisation des communications. Par conséquent, tous les nœuds du réseau peuvent être victimes des interférences causées par l’émission de messages par les terminaux sans fil à portée de communication.
• La topologie du réseau change avec la mobilité de ses terminaux mobiles.

Néanmoins, malgré ces handicaps spécifiques, les réseaux ad hoc présentent des attributions indéniables. En effet, ils ont l’avantage de pouvoir être déployés rapidement et à faible coût puisqu’ils ne requièrent pas d’infrastructure fixe. Ils représentent ainsi une alternative intéressante dans de nombreuses situations dont les situations d’urgence (désastre naturel, tremblement de terre). Les réseaux ad-hoc permettent d’établir très rapidement un système de communication efficace. Ils sont aussi particulièrement utiles dans le cas d’applications militaires ou de sauvetage pour lesquelles il n’est pas envisageable d’installer des infrastructures.

Au début de l’apparition des réseaux mobiles ad hoc, l’objectif a été d’assurer la communication entre les nœuds en utilisant le service « best effort ». Mais pour des applications telles que : multimédia, téléphonie, jeux, applications critiques, communications dans un champ de bataille, etc. ce service n’est pas suffisant. Ces applications sont exigeantes en terme de certains critères (bande passante, délai, etc.). Les mécanismes classiques de qualité de service dans s les réseaux filaires sont totalement ou partiellement inadaptés dans un environnement ad hoc. En effet, la plupart de ces méthodes reposent sur la connaissance d’informations précises quant à l’état du réseau (la bande passante utilisée, le délai, la gigue etc.). Dans un contexte sans fil, ces informations sont difficiles à évaluer notamment à cause des phénomènes propres aux transmissions sans fil [45] et peuvent être amenées à varier très rapidement, en fonction de la mobilité. Les solutions de QoS ont été classifiées en quatre grandes catégories :

• Les modèles de QoS définissent des architectures globales dans lesquelles des garanties peuvent être fournies.
• Les protocoles d’accès au médium cherchent à ajouter des fonctionnalités aux couches basses du modèle OSI afin de pouvoir offrir des garanties.
• Les protocoles de routage avec qualité de service recherchent les routes ayant suffisamment de ressources disponibles pour satisfaire une requête.
• Les protocoles de signalisation cherchent à offrir des mécanismes de réservation de ressources indépendants du protocole de routage sous-jacent.

Notre travail se situe dans le contexte du protocole d’accès au médium où nous nous proposons d’étudier le moyen de fournir une différenciation de service pour les applications nécessitant une certaine qualité de service, à travers le modèle proposé basé sur une modification apportée à l’algorithme de backoff.

Les réseaux locaux sans fil

Les réseaux locaux sans-fil WLAN cherchent à offrir les mêmes prestations que les LAN d’entreprises avec l’avantage de la suppression du câblage et le déplacement à l’intérieur d’un immeuble ou même l’extérieur, dans certaines zones, sans interruption de la session en cours. Ces réseaux sont régit par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) sur la norme portant la spécification IEEE 802.11. La norme originelle 802.11 date de 1997. Elle décrit les couches physiques et MAC pour un débit allant jusqu’à 2 Mbit/s en radio, dans la bande des 880MHz. Des extensions ont été publiées depuis. Celles-ci viennent lui ajouter des améliorations et des modes de fonctionnement plus performants. Plus d’une dizaine d’amendements ont été approuvés ou sont sur le point de l’être ; les différents amendements varient entre améliorations en terme de débit (802.11a [21], 802.11b [22], 802.11g [23], 802.11n [24]) et meilleurs mécanismes de sécurité (802.11i [25]), en passant par des spécificités liées aux régulations de différents pays (802.11d [26], 802.11h [27], 802.11j [28]) ou encore l’intégration de mécanismes de qualité de service (802.11e [3]).

Topologie
Le standard 802.11 définit deux configurations de base  pour faciliter la communication des équipements. Dans ce contexte, un équipement, utilisateur ou réseau, est appelé station. Un ensemble de stations forme un BSS (Basic Service Set en anglais). Les stations peuvent être connectées en mode ad hoc ou en mode infrastructure.

– Le mode infrastructure : Dans ce mode , toute communication passe par un point d’accès. Celui-ci joue aussi souvent le rôle de passerelle vers un réseau filaire, voire vers Internet. Le point d’accès joue ici le rôle d’une infrastructure servant au bon fonctionnement du réseau ;

– Le mode ad hoc : dans ce mode  , les BSS sont composés de stations fixes ou mobiles communiquant directement entre elles sans l’intermédiaire d’un point d’accès. Dans les réseaux ad hoc, tous les équipements utilisent le protocole 802.11 pour accéder au canal. L’intérêt de ce mode réside dans la possibilité de communiquer en l’absence d’infrastructure.