Association et réassociation dans les réseaux Wi-Fi

Contrairement au handover dans les réseaux cellulaires, le mécanisme de changement de point d’accès dans un réseau IEEE 802.11 ne prend pas en compte la gestion des données en transit à la suite de la rupture du lien courant. Nous avons donc choisi d’utiliser les termes de (ré-)association ou de changement de point d’accès pour éviter toute ambiguïté.

Le mécanisme de changement de point d’accès a lieu lorsque le lien entre une station et un point d’accès n’est plus suffisamment robuste pour assurer une bonne connectivité. Ce processus, tel que le définit le standard IEEE 802.11, peut être divisé en trois phases (figure 1.6) :

— Déclenchement ; — Découverte ;

— Sélection et association. Déclenchement

Cette phase a pour but de décider si un changement de point d’accès est nécessaire. Quand c’est le cas, la station se dissocie du point d’accès courant. Bien que le standard

IEEE 802.11 décrive cette phase, il s’agit d’une description générique et sa mise en pratique est souvent laissée à l’appréciation des fabricants des cartes réseaux. Il est cependant possible de classer les différentes solutions adoptées par l’industrie en deux catégories :

— Solutions couche PHY ; — Solutions couche MAC.

Au niveau de la couche PHY, les solutions de déclenchement se fondent sur les caractéristiques physiques du canal pour décider de la dissociation de la station, notamment sur la mesure du Received Signal Strength Indicator (RSSI) ou sur le calcul du SNR [46, 47] ; le déclenchement se produit lorsque l’une de ces deux métriques passe en-dessous d’un certain seuil fixé par le fabricant de la carte réseau.

Au niveau de la couche MAC les solutions de déclenchement reposent sur l’évaluation de la Quality of Service (QoS) du lien comme métrique de décision [47–49]. L’évaluation de la QoS du lien diffère d’un fabricant à l’autre mais elle est généralement définie par le nombre de trames de données ou de trames de balise perdues ; la dissociation est déclenchée lorsqu’un certain nombre d’accusés de réception sont perdus ou lorsque la station ne reçoit plus suffisamment de beacons pendant une certaine durée.

En pratique, le décision du déclenchement ne se fait pas dès le premier dépassement du seuil de dégradation ou de perte du lien. En effet, le support hertzien subit constamment des perturbations de l’environnement ce qui engendre des variations imprévisibles de la qualité du canal de communication. En fonction de la source de ces perturbations, la dégradation de la qualité du canal peut être temporaire – e.g. blocage de la LoS par un passant – ou durable – e.g. changement de bâtiment. Rompre le lien avec le point d’accès courant suite à une dégradation temporaire du canal est une politique sous-optimale, puisque l’association des stations est une tâche chronophage et que l’on risque d’établir un nouveau lien dont la qualité est moins intéressante. De ce fait, la mesure des indicateurs de la qualité du canal est lissée sur un intervalle de temps afin d’écarter les cas de dégradation temporaire du canal. En revanche, une telle politique augmente la durée de déclenchement de la dissociation dans les cas de figure où un changement imminent de point d’accès est utile [48].

Il devient alors évident que le choix des seuils de déclenchement de la dissociation est un défi complexe. Certains cas de figure sont difficiles à gérer ; si le déclenchement n’est pas décidé à temps ou que les seuils sont très flexibles, la couche MAC applique des schémas de modulation et de codage robustes ce qui conduit à un débit faible par rapport à celui que l’on pourrait atteindre. Le même résultat est obtenu si un seuil fondé sur le taux de perte de trames est utilisé ; attendre longtemps avant de déclencher la dissociation alors que le taux de perte est élevé dégrade fortement la performance des

applications qui utilisent le lien [50, 51]. Découverte

La changement de point d’accès est décidé lors de la phase de déclenchement. Ensuite, la station concernée par ce changement procède à la recherche d’un nouveau point d’accès. Il s’agit de la phase de découverte. Le standard 802.11 définit deux méthodes de recherche :

— Recherche active ; — Recherche passive.

Dans le mode de recherche active, la station choisit un canal et émet des trames de contrôle appelées Probe Request. La station lance un temporisateur dans l’attente des réponses à sa requête. Si aucune réponse n’a été reçue avant l’expiration du temporisateur, la station change de canal et effectue la même démarche. En revanche, si elle reçoit des réponses, Probe Response, la station continue l’écoute sur le même canal et relance un deuxième temporisateur. À l’expiration de ce dernier, la station enregistre les informations des points d’accès identifiés et continue la recherche sur le canal suivant.

Dans le mode de recherche passive, la station écoute sur un canal pendant 100 ms avant de passer au canal suivant. Cette durée correspond à la période d’émission des trames de balise par un point d’accès. Toutes les 100 ms, la station met à jour sa liste de points d’accès identifiés.

Sélection et association

La dissociation de la station est suivie par la découverte des points d’accès du réseau. Si la station réussit à identifier les points d’accès disponibles, elle procède à l’association avec l’un d’eux. La question qui se pose est celle du choix du point d’accès.

L’approche de sélection la plus commune consiste à choisir le point d’accès ayant le meilleur RSSI [52]. Cependant, cette méthode ne prend pas en compte la charge de trafic que gèrent les points d’accès cibles ni le taux d’occupation du canal. Une sélection uniquement fondée sur les valeurs de RSSI n’est pas optimale en général car le point d’accès le plus proche de la station peut être le plus saturé du réseau et le débit du lien qui en résulterait médiocre [53]. Après la sélection du point d’accès cible, la station se dissocie du point d’accès courant suite à l’envoi des trames de contrôle Disassociation Request. Avant de se réassocier, la station s’authentifie auprès du nouveau point d’accès par un échange protocolaire qui permet de chiffrer la communication. Par la suite, la station s’associe au nouveau point d’accès avec un simple échange Association Request/Response.

sont nombreuses et ont été largement étudiées dans le cadre de communications sur des fréquences basses. Notons que certaines études expérimentales spécifiques au réseau Wi-Fi, en particulier [48], ont montré expérimentalement, en utilisant des cartes réseaux de fabricants différents, que la phase de déclenchement est celle qui prend le plus de temps.

Sur la bande mmWave, le problème d’optimisation de la procédure de changement de point d’accès persiste et de nouveaux défis liés à la nature du canal millimétrique surviennent. Nous présenterons par la suite comment les phases de la procédure du changement de point d’accès dans un réseau local mmWave diffèrent par rapport à un réseau Wi-Fi. Nous détaillerons alors les techniques adoptées par quelques études expérimentales qui visent à optimiser la procédure de changement de point d’accès dans un réseau 802.11ad.