Résumé :

Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la conception et l’optimisation de performances inter-couches dans les réseaux maillés radio multi-canal multi-interface. Afin de profiter de l’augmentation de la capacité de ces réseaux, un certain nombre de problèmes doit être résolu. La première contribution de cette thèse est une nouvelle classification et une évaluation formelle des différentes stratégies d’assignation de canaux et d’interfaces. Nous considérons en particulier la connectivité en termes de formation de topologie, densité de connexions et découverte de voisinage. La deuxième contribution présente des algorithmes de diffusion fonctionnant pour n’importe quelle stratégie d’assignation multi-canal multi-interface. Ces algorithmes garantissent qu’un paquet de diffusion est délivré avec une probabilité minimale à tous les voisins. La troisième contribution de cette thèse évalue la capacité (débit) obtenue à travers les différentes solutions d’assignation de canaux et d’interfaces. Plus précisément, nous proposons trois formulations de programmation linéaire mixte pour modéliser le routage et les contraintes de partage de bande passante en présence d’interférences. Nous dérivons ensuite des bornes supérieures et inférieures pour deux stratégies MAC différentes. Notre dernière contribution concerne le développement d’une solution de routage inter-couches pour les réseaux maillés multi-canal multi-interface. En particulier, nous proposons une métrique de qualité de lien estimant la bande passante résiduelle d’un lien. Un protocole de routage adapté permet ensuite de trouver les routes offrant le meilleur débit. Toutes nos contributions sont validées par des nombreuses simulations qui démontrent l’efficacité de nos solutions. En résumé, cette thèse fournit une analyse en profondeur des réseaux maillés radio multi-canal multi-interface, ainsi que des lignes directrices pour les concepteurs de réseaux afin de déployer des réseaux performants.

 

Abstract :

In this PhD thesis, we focus on the design and performance optimization of multi-channel multi-interface wireless mesh networks. To take advantage of the increased capacity in such networks, a number of issues has to be handled properly. The first contribution of this thesis is a novel classification and formal evaluation of different channel and interface assignment strategies. In particular, we focus on connectivity in terms of topology formation, density of connections, and neighbor discovery. Our second contribution presents broadcast algorithms able to handle any of the multi-channel multi-interface assignment strategies. These algorithms guarantee a broadcast packet to be delivered with a minimum probability to all neighbors. The third contribution of this thesis consists in evaluating network capacity (i.e., throughput) obtained through different channel and interface assignments schemes. More specifically, we propose three mixed integer linear programming formulations to model the routing and bandwidth sharing constraints in presence of interference. We then derive upper and lower bounds for different MAC strategies. The fourth and the last contribution of this thesis is the development of a novel cross-layer routing solution for multi-channel multi-interface mesh networks. In particular, we propose a link-quality aware metric to estimate the residual bandwidth of a link. An on-demand routing protocol selects the routes offering the best throughput. All our contributions are validated through extensive simulations that demonstrate the efficiency of our solutions. In summary, this thesis provide insight into the improvement of multi-channel multi-interface wireless mesh networks, as well as guidelines for network designers in planning efficient deployments.