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Slicing enterprise WiFi networks for differentiated IoT service provisioning

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Fami, Foroutan (2022). Slicing enterprise WiFi networks for differentiated IoT service provisioning. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The increasing number of differentiated IoT services introduced to wireless networks are coming with diverse and sometimes conflicting requirements that brought new challenges for controlling and managing such networks. Network slicing is among the most wanted features of the 5G to address these diverse requirements. However, adopting it for Enterprise WiFi networks is challenging due to the lack of wireless virtualization supports in hardware.

This thesis proposes a new slicing solution for enterprise WiFi networks that requires no virtualization support in WiFi access points. Our solution relies on a dynamic user association mechanism that takes into account the amount of network-wide utilization for each slice. To define the association decisions, we formulate an optimization problem to maximize the total throughput of the network with respect to different constraints of each slice. These constraints include the physical limitations for the wireless connections, system integrity limitations related to the WiFi networks, IoT requirements, and the network-wide utilization for each slice.

Due to highly dynamics of user and traffic in Enterprise WiFi networks, this high-complexity optimization should be solved in a timely manner. We propose a heuristic based on a many-to one matching game. We adopt the Deferred Acceptance Algorithm to find the stable matching solution while considering the IoT slice requirements and the time required to find proper association for the existing consumers in the network.

Simulation results show substantial potential for extending the current work, which can hugely impact the WiFi networks’ social and economical growth. Results show that the proposed solution approximates the optimal results and outperforms the traditional RSSI approaches while guaranteeing the requirements of different IoT slices.

Titre traduit

Tranchement de réseaux WiFi d’entreprise pour l’approvisionnement des services d’IdO différenciés

Résumé traduit

Le nombre croissant de services IdO introduits dans les réseaux sans fil avec leurs diverses exigences et parfois contradictoires ont créé de nouveaux défis pour le contrôle et la gestion de ces réseaux. Le tranchement de réseau est l’une des fonctionnalités les plus recherchées de la 5G pour répondre à ces diverses exigences. Cependant, trancher les réseaux WiFi d’entreprise est difficile à cause de manque des mécanismes de virtualisation du matériel.

Cette thèse propose une nouvelle solution pour le tranchement des réseaux WiFi d’entreprise qui ne nécessitent aucun support de virtualisation dans les points d’accès. Notre solution s’appuie sur un mécanisme d’association dynamique d’utilisateurs qui prend en compte l’utilisation du réseau pour chaque tranche. Afin de prendre les décisions d’association, nous formulons un problème d’optimisation qui maximize le débit total du réseau par rapport aux différentes contraintes de chaque tranche. Ces contraintes incluent les limitations physiques des connexions sans fil, les limitations d’intégrité du système liées aux réseaux WiFi, les exigences IoT et l’utilisation à l’échelle du réseau pour chaque tranche.

En raison de la mobilité des utilisateurs et du changement de trafic dans les réseaux WiFi d’entreprise, cette optimisation de haute complexité doit être résolue en temps réel. De ce fait, nous proposons une heuristique basée sur un jeu d’appariement plusieurs-à-un. Nous adoptons l’algorithme d’acceptation différée pour trouver la solution de correspondance stable tout en tenant compte des exigences de la tranche IoT et du temps nécessaire pour trouver une association appropriée pour les consommateurs existants dans le réseau.

Les résultats de la simulation montrent un potentiel substantiel d’extension des travaux en cours, ce qui peut avoir un impact considérable sur la croissance sociale et économique des réseaux WiFi. Les résultats montrent que la solution proposée se rapproche des résultats optimaux et surpasse les approches RSSI traditionnelles tout en garantissant les exigences des différentes tranches IoT.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 55-62).
Mots-clés libres: WiFi, IEEE 802.11, tranchement de réseaux d’IdO, réseaux locaux sans fil, association d’utilisateurs, correspondance stable
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nguyen, Kim Khoa
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 24 oct. 2022 12:59
Dernière modification: 24 oct. 2022 12:59
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3092

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