Sélection de réseaux d'accès sans fil hétérogènes pour les dispositifs multihôtes à l'aide des processus de décision de Markov

Mah, Firmin (2019). Sélection de réseaux d'accès sans fil hétérogènes pour les dispositifs multihôtes à l'aide des processus de décision de Markov. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les réseaux sans fil établis par les opérateurs combinent plusieurs technologies radio et couvrent de larges zones permettant aux utilisateurs de rejoindre le réseau coeur de l’opérateur en utilisant des interfaces réseaux correspondant à diverses technologies radio. L’utilisateur qui se trouve dans un tel environnement de réseaux sans fil hétérogène a un choix à faire quant aux réseaux d’accès à utiliser, car ce choix influe sur la qualité des transmissions des données. L’idée d’utiliser plusieurs technologies conjointement pour transférer un même flux de données a fait son chemin et a été concrétisée en 2013 par le protocole multichemin, Multipath TCP (MPTCP), applicable tant au filaire qu’au sans-fil.

Dans cette thèse, d’une part, nous proposons deux modèles de sélection de réseaux d’accès dans les réseaux sans fil hétérogènes dénommés UFMDP (Utility Function and Markov Decision Process) et IUMDP (Integrated user Utility in Markov Decision Process). Ces modèles prennent en compte les utilités conjointes de l’opérateur et de l’utilisateur. L’utilité de l’opérateur utilise un cadre économique basé sur la notion de prix caché du noeud d’accès dérivé de la théorie des processus décisionnels de Markov. Ce cadre permet de tenir compte des comportements dynamiques des utilisateurs dans un réseau (fréquences d’accès, durée des connexions et noeuds d’accès utilisés). L’utilité de l’utilisateur s’appuie sur une fonction qui exprime sa satisfaction en regard des valeurs de métriques de qualité de service reçues.

D’autre part, nous proposons une implémentation de MPTCP dans un simulateur de réseaux informatiques pour permettre des tests sur les propositions d’amélioration de l’utilisation concrète de MPTCP. Cette implémentation, basée sur la RFC 6824 (Request For Comments), est utilisée pour proposer un répartiteur de flux aux différentes sous-sessions de MPTCP.

Les simulations portent sur les comparaisons des modèles de sélection de réseaux d’accès proposés et la méthode de sélection de réseaux d’accès conventionnelle basée sur la puissance du signal reçu RSS (Received Signal Strength). Ces simulations combinent les méthodes de sélection de réseau d’accès et les transferts de données en chemin unique puis en multichemin utilisant MPTCP. Les résultats des simulations illustrent une augmentation significative du revenu que l’opérateur tire de l’utilisation de ses réseaux avec les modèles de sélection de réseaux d’accès proposés, ainsi que des améliorations sur des valeurs des métriques de Qualité de Service (QoS) pour les utilisateurs comparativement à celles obtenues avec la méthode RSS. Le répartiteur proposé montre un bon comportement concernant les débits de données des utilisateurs comparativement au répartiteur expérimental proposé dans MPTCP.

Titre traduit

Heterogeneous wireless access networks selection for multihomed devices using Markov decision processes

Résumé traduit

Wireless networks established by the operators combine several radio technologies and cover large areas allowing users to reach the operator's core network using network interfaces corresponding to different radio technologies. The user in such a heterogeneous wireless network must decide which access networks to use because this choice influences the quality of the data transmissions. The idea of using several radio technologies jointly to transfer the same data stream has made its way and has been realized by the multipath TCP protocol (MPTCP) in 2013.

In this thesis, on the one hand, we propose two models of access networks selection in heterogeneous wireless networks named UFMDP (Utility Function and Markov Decision Process) and IUMDP (Integrated user Utility in Markov Decision Process). These access network selection models take into account the joint utilities of the operator and the user. The utility of the operator uses an economic framework based on the concept of shadow price of the access node derived from Markov decision processes which allows to express dynamic user behaviours in a network (access frequencies, duration of connections and used access nodes). The utility of the user utilizes a utility function that expresses the satisfaction of the received QoS Metrics values over those requested.

On the other hand, we propose an implementation of MPTCP in a computer network simulator to allow tests on the proposals of improvement for the concrete usage of MPTCP. This implementation based on the RFC (Request for Comments) is used to propose a data flows scheduler to different MPTCP sub-sessions.

The simulations relate the comparisons of the proposed access network selection models and the conventional access network selection method based on the received signal strength (RSS). These simulations combine the access network selection methods with the single-path and multipath data transfers using the MPTCP protocol. The results of the simulations illustrate a significant increase in the revenue that the operator derives from the use of its networks with the proposed selection models as well as improvements on the Quality of Service (QoS) metric values for the users compared to the values given by the RSS method.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 97-101).
Mots-clés libres:	réseaux sans fil hétérogènes, sélection de réseau d’accès, processus décisionnel de Markov, multihôte, multichemin, MPTCP
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dziong, Zbigniew
Codirecteur:	Codirecteur Grégoire, Jean-Charles
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	10 juill. 2019 14:46
Dernière modification:	10 juill. 2019 14:46
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2342

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