La QoS suivant les différentes couches du modèle OSI

Le support de la qualité de service dans les réseaux ad hoc influence tous les protocoles utilisés dans les différentes couches OSI, à savoir : les couches physique, lien, réseau, transport et application.

La couche physique

Les conditions des canaux de transmission sont variables dans le temps, car le rapport signal/bruit dans les canaux fluctue en fonction du temps. Ceci est dû aux problèmes présentés par le canal : les effets des accès multiples, d’évanouissement, du bruit, des in- terférences et de la mobilité. Pour fournir la QoS dans de tels environnements, l’estimation du canal sera donc une tâche importante afin de synchroniser le récepteur et l’émetteur.

L’apport de la qualité de service pour les communications sans fil ne se limite pas à l’amélioration des techniques du canal, mais nécessite aussi une intégration avec les couches supérieures, comme les algorithmes de compression de la source au niveau appli- catif. L’utilisation de schémas de compression élevés peut améliorer la qualité des commu- nications bout en bout. Parallèlement, avec plus de protection du canal, moins d’erreurs seront observées ce qui implique un meilleur acheminement des données. Vu que la ca- pacité du canal sans fil est limitée, le codage au niveau de la source (caractéristiques de la source) et l’état courant du canal doivent être pris en considération. AVLSI est un groupe de recherche fonctionnant avec des techniques adaptatives dans les MANETs, y compris l’information adaptative à l’état du canal. Le problème des bruits et des collisions s’accentue beaucoup plus dans les réseaux sans fil, rendant l’approvisionnement de la QoS plus complexe.

Couche lien

En raison des problèmes de synchronisation dans les réseaux sans fil, les protocoles MAC synchrones comme TDMA (Time Division Multiple Access) ou FDMA (Frequency Division Multiple Access) ne sont pas appropriés. De plus, la plupart des protocoles MAC sont conçus pour un réseau sans fil à un saut. Ce problème se produit quand deux nœuds, qui sont hors de portée de transmission l’un de l’autre, envoient au même nœud et causent une collision. Le mode d’accès asynchrone de IEEE 802.11 (DCF) [44] basé sur le CSMA/CA permet un accès distribué, propose de résoudre le problème du terminal caché en utilisant l’option de réservation RTS/CTS. Pour permettre d’assurer des services temps réel, des travaux ont été proposés (voir chapitre 1) pour assurer une différenciation de service au niveau MAC, ce que revient essentiellement à donner la priorité à certaines stations ou trafics pour accéder au canal.

Couche réseau

Aujourd’hui, la plupart des protocoles de routage proposés pour MANETs ne prennent pas en compte la QoS. Dans la majorité des cas, des messages sont acheminés à travers le plus court chemin disponible, qui peut ne pas être adapté pour les applications qui exigent des garanties de QoS. Le but primaire d’un protocole de routage orienté QoS est de déterminer un chemin d’une source à la destination qui satisfait des besoins de la QoS désirés.

Le routage n’est pas la seule composante de la couche réseau qui peut fournir de la QoS. D’autres mécanismes peuvent offrir des services qui fonctionnent mieux que l’approche dite Best Effort. Ces mécanismes, tels que le contrôle d’admission, l’ordonnancement (figure 3.2)et le lissage de trafics, doivent prendre en compte les différentes caractéristiques des MANETs comme la topologie dynamique et la qualité variable des liens.

La couche transport

La couche transport joue un rôle important pour l’acheminement des communications temps réel, en utilisant principalement UDP et TCP. Des applications temps réel comme le streaming audio/vidéo peuvent être envoyées sur le protocole UDP, qui offre un minimum de fonctionnalités réseau et plus de flexibilité, alors que d’autres applications peuvent choi- sir TCP qui assure la délivrance bout en bout des paquets. Dans l’Internet, TCP suppose que la majorité des pertes de paquets est due à la congestion du réseau. Cette hypothèse n’est pas vraie dans les réseaux sans fil, où la perte des paquets est essentiellement liée au bruit du canal et aux changements de routes. Quand une source TCP détecte une perte de paquets, elle active son mécanisme de contrôle de congestion, qui rend les performances

Fig. 3.2 – Mécanismes de qualité de service

des trafics TCP dans les réseaux ad hoc très limitées en terme de débit. Récemment, des travaux ont été réalisés pour améliorer les performances de TCP dans les réseaux ad hoc [109] [108]. Ils sont dépendants des mécanismes de feedback explicites pour distinguer les pertes dues aux erreurs des pertes dues à la congestion. Ainsi, une action appropriée est prise quand une perte de paquets surgit. Avoir une technique appropriée pour la gestion des ressources dans les protocoles de la couche transport, contribue à un meilleur support de la qualité de service dans les réseaux ad hoc.

La couche application

Il est très difficile de fournir la QoS dans un environnement fortement dynamique. Les applications doivent donc s’adapter à cette réalité. Une solution est d’indiquer une gamme des valeurs qu’elles peuvent tolérer. Le réseau essaye de fournir des ressources dans cette marge, et les applications doivent pouvoir s’adapter dans de telles circonstances. Plusieurs approches pour le support des applications temps réel adaptatives dans l’Internet ont été proposées [124]. Elles intègrent des mécanismes d’encodage en couche, lissage de débit, contrôle d’erreur adaptatif, . . .etc. Ces solutions peuvent être modifiées et améliorées pour répondre aux spécificités des réseaux mobiles ad hoc.

Dans ce qui suit, nous allons présenter notre proposition qui consiste à fournir une différenciation de service au niveau des deux couches : réseau (pour une priorité locale des paquets) et MAC (pour l’accès au canal sans fil). Il s’agit de combiner les mécanismes de QoS des deux couches pour un meilleur support des trafics temps réel dans les réseaux

ad hoc.