Définition et mise en oeuvre d'une solution d'émulation de réseaux ...

N° d’ordre : 2385
THESE
DÉFINITION ET MISE EN ŒUVRE D’UNE SOLUTION
D’ÉMULATION DE RÉSEAUX SANS FIL
Présentée pour obtenir
Le Titre De Docteur De l’Institut National Polytechnique De Toulouse
École doctorale : Informatique et Télécommunications
Spécialité : Réseaux, Télécommunications, Système et Architecture
Par :
Emmanuel CONCHON
Soutenue le 27 Octobre 2006 devant le jury composé de :
M. Christian FRABOUL Président
MM. Michel DIAZ Directeur de thèse
Tanguy PERENNOU Co-Encadrant de thèse
Hossam AFIFI Rapporteur
Eric FLEURY Rapporteur
Christian BONNET Membre
Eric FAURE Membre
Patrick SENAC Membre

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Christian BONNET Membre
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F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
F 1 M1
500

F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
F 1 M1
500

F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
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500

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M1
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100
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500

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M1
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100
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500

F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
F 1 M1
500

F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
F 1 M1
500

F 1 M1 100
M1
F 1 M1
100
F 1 M1
500

54
11
500
74

54
50
74
2

40

54 500

54 500

M1
M5 M2 M3
M4

M3
M6 M1 M2
M4 M5 M7

M3
M6 M1 M2
M4 M5 M7

M3
M6 M1 M2
M4 M5 M7

M3
M6 M1 M2
M4 M5 M7

5.15.3
50 23.5
10

M1
M2
M1 M2
3, 5%

54
2
900

2.4
5.5
11
2
54
5
2.4
22

2.4
5.5
11
2
54
5
2.4
22

M1
M2
CW
CWmin
M1
M3
M1 M3
M1 M1
M3

CW
CW CWmax
CWmin CWmax
CW CWmin
CWmax
11
CWmax 5.5
1
1

M1 M2 11 M1 1 M2
M1
11 M2
M1 M1
M2 1 M2
M2 M1
M1 11
M2 1
1
11 1

M1 M3
M2 M1
M3
M2
M2
M2
M2

M3 M1 M2
M2
M4 M3
M3
M2 M4
M3
M1 M2 M1 M2
M3
M4 M3
M1 M2
M3
M1 → M2
M3 M4 M3 M2
M3
M4 M1 → M2
M3 M3
M1 → M2
M2 M1
M3
M2
M2 M1
M3 M4 M2 → M1
M3 → M4 M2 M3

M1
M2 M3
M2
M3 M2 → M1
M4
M3
M2 → M1 M1
M2
M3 M1
M2 M3
1

1
2
1
11
2
1
µ
CW min
CW max
CWmin
2
1500 11
50 µ
310 µ
272 11
1116 µ 192 1 192 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
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572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
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572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
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572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
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572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
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1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
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1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
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10 µ
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10 µ
10 + 192 = 202 µ
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1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
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572 µ

1116 + 192 = 1308 µ
10 µ
10 + 192 = 202 µ
1880 µ
6.38 1500
572 µ

t

t

t

t

σ 0 2π
v
t
σ v
t + 1 t
[0, Vmax]

⎛
P = ⎝
P (0, 0) P (0, 1) P (0, 2)
P (1, 0) P (1, 1) P (1, 2)
P (2, 0) P (2, 1) P (2, 2)
P (a, b) a b
P
⎛
P = ⎝
0 0.5 0.5
0.3 0.7 0
0.3 0 0.7
X Y
X ′ Y ′ d
t − 1
α 0 1 0
1
⎞
⎠
⎞
⎠

⎛
P = ⎝
P (0, 0) P (0, 1) P (0, 2)
P (1, 0) P (1, 1) P (1, 2)
P (2, 0) P (2, 1) P (2, 2)
P (a, b) a b
P
⎛
P = ⎝
0 0.5 0.5
0.3 0.7 0
0.3 0 0.7
X Y
X ′ Y ′ d
t − 1
α 0 1 0
1
⎞
⎠
⎞
⎠

t + 1
pp(t) = pp(t − 1) + Mouvement(pc(t) − pp(t − 1)) + −→
V A
pp pc
−→
V A
−−→
GM
−−→
RM

t + 1
pp(t) = pp(t − 1) + Mouvement(pc(t) − pp(t − 1)) + −→
V A
pp pc
−→
V A
−−→
GM
−−→
RM

Pt Pr

Pr(d) =
PtGtGrλ 2
(4π) 2 d 2 L
Pt Gt Gr
d λ
L
L
P L = Pt
Pr
= (4π)2 d 2 L
GtGrλ 2
d d0
P (d0) d0
Pr(d) = Pr(d0)
2 d0
d
d0
Pr P L
Pr[dB] = Pt[dB] − P L[dB]
x[dB] = 10 log 10 x

Pr = PtGtGrh 2 t h 2 r
d 4 L
P L =
d 4 L
GtGrh 2 t h2 r
d
P L[dB] = P L(d0)[dB] + 10n log
n P L(d0)
d0
d0 n = 2 d0 = 100m
d0 = 1km
d0

d
n
d
Xσ
σ
Pt/Pr
d
P L(d) [dB] = P L(d0) [dB] + 10n log + Xσ
d0
Xσ

2π
r σ
r Rayleigh(σ)
p(r) = r
exp −
σ2 r2
2σ2
r ≥ 0,
= 0 r < 0.
π
E[r] = σ
2
P r

P = r2
2Z0
Z0 = 120π 377 Ω
P ℓ r
rℓ
r ℓ =
2Z0P ℓ r
r ℓ r
σ
r
σ = r ℓ
2
π =
4Z0P ℓ r
π
r Rayleigh(σ) Xσ
Yσ N(0, σ)
r = X 2 σ + Y 2
σ
r
A
σ
r Rice(A, σ)
p(r) = r
I0
σ2
Ar
σ2
exp − (r2 + A2 )
2σ2
r ≥ 0,
= 0 r < 0.
I0
A K
K = A2
2σ 2
A2 K [dB] = 10 log
2σ2

K r Rice(σ √ 2K, σ)
π
E[r] = σ
2 e−K/2
K K
(1 + K)I0 + KI1
2
2
I0 I1
K P ℓ r r ℓ
σ A
r
σ = r ℓ
A = σ √ 2K
e K/2 2/π
(1 + K) I0(K/2) + K I1(K/2)
r Rice(A, σ) Xσ
Yσ N(0, σ)
r = (Xσ + A) 2 + Y 2
σ
A → 0
K → −∞

K r Rice(σ √ 2K, σ)
π
E[r] = σ
2 e−K/2
K K
(1 + K)I0 + KI1
2
2
I0 I1
K P ℓ r r ℓ
σ A
r
σ = r ℓ
A = σ √ 2K
e K/2 2/π
(1 + K) I0(K/2) + K I1(K/2)
r Rice(A, σ) Xσ
Yσ N(0, σ)
r = (Xσ + A) 2 + Y 2
σ
A → 0
K → −∞

Pr(dBm) Pr(dBm)
t
t

t

d
d = (TDIF S + TSIF S + Tbackoff + TDAT A + TACK) ∗ 10 −6
d = (TDIF S + 3 ∗ TSIF S + Tbackoff + TRT S + TCT S + TDAT A + TACK) ∗ 10 −6
d
TDIF S TSIF S TACK TRT S TCT S
[0, CWmin] µ
di

µ
CW min
di = (TSIF S + TDIF S + TACK + Tbackoff )
= 10 + 50 + 304 + 310
= 674 µs
di = (3 ∗ TSIF S + TDIF S + TACK + Tbackoff + TRT S + TCT S)
= 30 + 50 + 304 + 310 + 352 + 304
= 1350 µs
TSIF S
TDIF S TACK TDAT A

TDAT A
dInfra
dInfra = (2 ∗ TSIF S + 2 ∗ TDIF S + 2 ∗ TACK + 2 ∗ TDAT A + Tbackoff ) ∗ 10 −6
M1 M3 M2

t
t
M2
M1 M3 M2
M1 M3
t

t
t
M2
M1 M3 M2
M1 M3
t

0..n
1..n

0..n
1..n

d0
d0

d0
d0

d0
d0

d0
d0

d0
d0

d0
d0

d0
d0

d0
d0

2
1
2 1

0
1 0101
0
1
0101
t + 1 t + 2
t + 2 t + 3
t + 3
1
6
25
40 10

6
13 19
6
t

6
13 19
6
t

6
13 19
6
t

6
13 19
6
t

6
13 19
6
t

M1
M2
M1
δ M3

11
11 5.5 2
1

t

t

t

M1 M2 M2 M1
M1 M2

d0

d0

t

t

t

t

t

674 µ
1350 µ
100%

100%
1
100%
1

t − 1

t

t

t

t

t

F 1
M1 1 → 2 → 3 → 2 → 4 → 5 → 6
1.5
F 1
1472 M1
10

4 6 n = 5.68
P L(d0) = 19.97
F 1 M1
M1
40
10
100
M1 F 1
10
100

M1 F 1
M1
5 10
5.5
4.19 t = 6.13
4.19 1.77
10
t = 17.55
10 100 10
6.87
0.93 10 6.87

Pr (dB)
Pr (dB)
-100
-150
0 5 10 15 20 25 30 35 40 20
-100
Propagation du signal radio de F1 vers M1
Temps (s)
Pr (Path loss exponent n=5.6)
Pr (ajout du fading de Rayleigh)
distance F1-M1
seuil de sensibilite radio: 11 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 5.5 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 2 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 1 Mb/s
Propagation du signal radio de F1 vers M1
-150
0 5 10 15 20 25 30 35 40 20
Temps (s)
Pr (Path loss exponent n=5.6)
Pr (ajout du fading de Rayleigh)
distance F1-M1
seuil de sensibilite radio: 11 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 5.5 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 2 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 1 Mb/s
70
60
50
40
30
70
60
50
40
30
Distance (m)
Distance (m)

Pr (dB)
-100
-125
-150
0 5 10 15 20 25 30 35
0
40
Temps (s)
Puissance recue par M1
Debit de M1
seuil de sensibilite radio: 11 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 5.5 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 2 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 1 Mb/s
100
1472
8
M1 F 1
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)

Pr (dB)
Pr (dB)
-100
-125
-150
-100
-125
-150
0 5 10 15 20 25 30 35
0
40
Temps (s)
Puissance recue par M1
Debit de M1
seuil de sensibilite radio: 11 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 5.5 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 2 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 1 Mb/s
0 5 10 15 20 25 30 35
0
40
Temps (s)
Puissance recue par M1
Debit de M1
seuil de sensibilite radio: 11 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 5.5 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 2 Mb/s
seuil de sensibilite radio: 1 Mb/s
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)
Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)

11 6.87
8 1.13
100
Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temps (s)
Debit simule
Debit emule
100

Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)
Debit maximum utile au niveau IP (Kbit/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temps (s)
Debit simule
Debit emule
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temps (s)
Debit simule
Debit emule

100 10
100
1472
0.93 0.79
10
F 2 F 1
M1
1 F 1
3
F 2 2 3
M1
1 → 2 → 3
F 1 F 2

n = 5.68 P L(d0) = 19.97
100
0%
100%
F 1 F 2
M1
F 1 → M1 F 2 → M1
F 1 → M1

26.2 F 2 → M1
6.6
M1 F 2
15 20 F 1 → M1
F 2 → M1
F 1 → M1 F 2 → M1
F 1 → M1
20 F 2 → M1 t = 5s
t = 40s
F 2 → M1
t = 20s F 2
t = 5s F 1 → M1
t = 5s

Debit (Kb/s)
Debit (Kb/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
communication F1 -> M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
Debit (Kb/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
communication F2 -> M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
communication F1 -> M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
Debit (Kb/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
communication F2 -> M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
t = 20s
F 2 → M1
F 2

Debit (Kb/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
F1 -> M1
F2 -> M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40

F 1 M1
F 1
M1
n = 5.68 P L(d0) = 19.97
M1
M1
1
100%
1
M1
−91 2
1.77 1472

F 1 → M1
100
1
PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Pertes moyennes simulees avec SWINE
Taux de pertes simule F1->M1
Distance F1->M1
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35
20
40
F 1 M1 100
1.5
t = 30 100
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
Distance (m)

Debit utile au niveau IP (Kbit/s)
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
Debit utile mesure au niveau IP pour F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F1 -> M1
M1
1
1
PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
100
500
1
1
100

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500

PLR
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Taux de pertes simule F1->M1
Taux de pertes mesure F1->M1
0
0 5 10 15 20
Temps (s)
25 30 35 40
F 1 M1
500