Abstract
This report was elaborate within the framework of the
graduation project for obtaining the diploma of computer engineer. This work
consists in implementing new modules on OMNET++ simulator to simulate new
approach for improving quality of video transmission over IEEE 802.11 networks.
After a short description of physical and link layer, we present algorithms
proposed for selecting physical rate. Then, we present video transmission over
IEEE 802.11 wireless networks and the new approach based on Leader. Finally, we
show results of our simulations.
Key words: IEEE 802.11, Wireless LAN, 802.11
MAC/PHY Layer, Physical Rate Selection Mechanisms, Real Time protocols,
Multimedia Transmission in WLANs.
Tables des matières
Introduction générale 1
Présentation de l'organisme d'accueil 3
1. INRIA 3
2. L'unité de Recherche INRIA Sophia Antipolis 3
3. Le projet Planète 3
Chapitre 1 : Etat de l'art 4
Introduction 4
1. Introduction à la norme IEEE 802.11 5
1.1. La couche PHY IEEE 802.11 5
1.2. Les différents modèles de propagation 6
1.2.1. Les modèles à grande échelle 6
1.2.1.1. Le modèle Free-Space 6
1.2.1.2. Le modèle Two-Ray 7
1.2.1.3. Le modèle Shadowing 7
1.2.2. Les modèles à petite échelle «
fading » 8
1.2.3. Calcul de la probabilité d'erreur de bit BER
Bit Error Rate 8
1.2.4. Calcul de la probabilité d'erreur de paquet PER
Packet Error Rate 8
1.2.4.1. Distribution uniforme de l'erreur 8
1.2.4.2. Distribution d'erreur non uniforme 9
1.3. La couche MAC 802.11 9
1.3.1. Les modes opératoires de IEEE 802.11 10
1.3.1.1. Le mode infrastructure 11
1.3.1.2. Le mode ad hoc 11
1.3.2. Les algorithmes d'adaptation du débit physique
11
1.3.2.1. Le protocole Auto Rate Feedback (ARF) 11
1.3.2.2. Le protocole Receiver Based Auto Rate (RBAR) 11
1.3.2.3. Le protocole Adaptative Auto Rate Feedback (AARF) 12
2. La transmission video dans les réseaux IEEE 802.11
14
2.1. Les protocoles temps réels 14
2.1.1. Le protocole Real-time Transport Protocole (RTP) 14
2.1.2. Le protocole Real-time Transport Controle Protocole (RTCP)
14
2.1.2.1. Les fonctions de RTCP 14
2.1.2.2. Les paquets RTCP 15
2.2. La transmission multipoint sur IEEE 802.11 16
2.2.1. Le protocole LEP (Leader Election Protocol) 16
2.2.2. Le protocole LB-ARF (Leader Based-ARF) 17
2.2.3. Le protocole LBMS (Leader Based Multicast Services)
17
3. Le simulateur OMNET ++ 18
3.1. Architecture de OMNET++ 18
3.2. La librairie MF 18
3.3. La librairie INET 18
3.3.1. La couche PHY 19
3.3.2. La couche MAC 19
3.3.3. La couche IP 19
3.3.4. La couche RTP 19
3.3.5. La couche Application 19
Conclusion 19
Chapitre 2 : Analyse & Spécification 21
Introduction 21
1. La problématique 21
2. Les besoins fonctionnels 21
2.1. Environnement physique 21
2.2. Les fonctionnalités 21
2.2.1 Les besoins de simulations 21
2.2.2. Au niveau de la couche Physique 22
2.2.3. Au niveau de la couche MAC 22
2.2.4. Au niveau de la couche RTP 22
2.2.5. Au niveau de la couche Application 22
3. Les besoins non fonctionnels 22
4. Diagramme de cas d'utilisation 23
4.1. Définition du système 23
4.1.1 Le simulateur OMNET++ 23
4.1.2. La couche PHY 24
4.1.3. La couche MAC 25
4.1.4. La couche RTP 26
Conclusion 26
Chapitre 3 : Conception 27
Introduction 27
1. L'architecture globale 27
1.1. L'interface réseau IEEE 802.11 27
1.1.1. L'interface réseau IEEE 802.11 de la librairie MF
27
1.1.2. L'interface réseau IEEE 802.11 de la librairie
INET 27
1.2 La couche RTP/RTCP 28
2. Diagramme de classes 28
2.1. L'interface réseau IEEE 802.1 1a de la librairie MF
28
2.1.1. La classe Mac8021 1a 30
2.1.2. La classe SnrEval80211a 31
2.1.3. La classe Decider80211a 32
2.2. L'interface réseau IEEE 802.1 1a de la librairie INET
34
2.2.1 Le diagramme des classes de la couche PHY 34
2.2.1.1. La classe Ieee80211aRadio 36
2.2.1.2. La classe Ieee802 11 aRadioModel 36
2.2.1.3. La classe IReceptionModel 37
2.2.1.4. La classe TransmissionMode 37
2.2.2 Le diagramme de classes de la couche MAC 38
2.2.2.1. La classe Ieee80211aMAC 39
2.2.2.2. La classe Ieee8021 1MacLBMS 39
2.2.2.3. La classe Ieee8021 1MacLBMSnonAP 40
2.3. La couche RTP/RTCP 40
2.3.1. La classe RTPEndSystemModel 42
2.3.2. La classe RTCPEndSystemModel 42
2.3.3. La classe RTPParticipantInfo 43
2.3.4. La classe RTPProfile 44
2.3.5. La classe RTPPayloadSender 45
2.3.6. La classe RTPPayloadReceiver 45
2.4. La classe RTPApplication 45
3. Diagrammes de séquences 46
3.1. Calcul de la puissance reçue 46
3.2. Calcul de la durée de transmission 47
3.3. Calcul de PER 47
3.4. La transmission vidéo 48
Conclusion 49
Chapitre 4 : Réalisation 50
Introduction 50
1. Environnement de travail 50
1.1. Environnement matériel 50
1.2. Environnement logiciel 50
1.3. Installation des différentes librairies 51
1.3.1. Installation de Omnet++ 51
1.3.2. Installation de INET 52
1.3.3. Installation de IT++ 52
1.3.4. Intégration de la couche RTP 53
2. Simulations et Résultats 53
2.1 Comparaison entre les différents modèles de
propagation physique 53
2.2 Comparaison entre les deux algorithmes d'adaptation du
débit physique 56
2.3 Comparaison entre le multicast standard et l'approche Leader
56
3. Difficultés rencontrés 58
4. Etat courant du travail 58
5. Chronogrammes 59
Conclusion 59
Conclusion & Perspective 60
Bibliographie 61
Glossaire 63
Annexe A : Les formats des paquets RTP et RTCP 65
1. RTP 65
1.1. Rôle 65
1.2. Format de l'entête RTP 66
2. RTCP 66
2.1. Rôle 66
2.2. Format des paquets 66
Annexe B : Le fichier masques d'erreur 70
Annexe C : Le fichier omnetconfig 71
Annexe D : Le fichier makemakefile 73
Liste des figures
Figure 1.1 Le fonctionnement de CSMA/CA avec RTS/CTS [Van
Steyvoort, 06] 10
Figure 1.2 Le débit de transmission physique RBAR et ARF
[Holland et al., 01] 12
Figure 1.3 Comparaison entre les deux approches ARF et AARF
[Manshaei, 05] 12
Figure 1.4 Le débit moyen avec les trois différents
algorithmes [Manshaei, 05] 13
Figure 2.1 Les cas d'utilisation du simulateur OMNET++ 23
Figure 2.2 Les cas d'utilisation des modèles physiques
24
Figure 2.3 Les cas d'utilisation de la MAC IEEE 802.11 25
Figure 2.4 Les cas d'utilisation de la couche RTP 26
Figure 3.1 Le module Nic80211a 27
Figure 3.2 Les composants du module Ieee8021 1aNicSTA 28
Figure 3.3 Les composants du module RTPLayer 28
Figure 3.4 Diagramme de classes de la couche PHY de la librairie
MF 29
Figure 3.5 La classe Mac8021 1a 30
Figure 3.6 La classe SnrEvala 31
Figure 3.7 Le module SnrEval8021 1a 32
Figure 3.8 La classe Decider8021 1a 33
Figure 3.9 Le module Decider8021 1a 34
Figure 3.10 Diagramme de classes de la couche PHY de la librairie
INET 35
Figure 3.11 La classe Ieee8021 1aRadio 36
Figure 3.12 Le module Ieee8021 1aRadio 36
Figure 3.13 La classe Ieee8021 1aRadioModel 37
Figure 3.14 La classe IReceptionModel 37
Figure 3.15 La classe TransmissionMode 37
Figure 3.16 Diagramme de classes de la couche MAC de INET 38
Figure 3.17 La classe Ieee80211aMAC 39
Figure 3.18 La classe Ieee8021 1MacLBMS 40
Figure 3.19 La classe Ieee8021 1MacLBMSnonAP 40
Figure 3.20 Diagramme de classes de la couche RTP/RTCP 41
Figure 3.21 La classe RTPEndSystemModel 42
Figure 3.22 La classe RTCPEndSystemModel 43
Figure 3.23 La classe RTPPaticipantInfo 44
Figure 3.24 La classe RTPProfile 44
Figure 3.25 La classe RTPPayloadSender 45
Figure 3.26 La classe RTPPayloadReceiver 45
Figure 3.27 La classe RTPApplication 46
Figure 3.28 Le module RTPApplication 46
Figure 3.29 Diagramme de séquences du calcul de la
puissance reçue 47
Figure 3.30 Diagramme de séquences du calcul de la
durée de transmission 47
Figure 3.31 Diagramme de séquences du calcul du PER 48
Figure 3.32 Transmission d'un flux vidéo 49
Figure 4.1 Scénario d'un réseau IEEE 802.11 en mode
infrastructure 54
Figure 4.2 PER en fonction de la distance 55
Figure 4.3 Influence du fading sur la perte des paquets 55
Figure 4.4 Scénario avec un réseau Ad hoc 56
Figure 4.5 Comparaison entre les deux approches ARF et AARF 56
Figure 4.6 Scénario de transmission de la vidéo
dans un réseau IEEE 802.11 57
Figure 4.7 Chronogramme du projet 59
Liste des tableaux
Tableau 1.1 Caractéristiques des différentes
couches physiques IEEE 802.11 [Manshaei, 05] 6 Tableau 1.2 Les valeurs typiques
de Path loss Exponent et Shadowing Variance
[Khosroshahy, 06] 8
Tableau 4.1 Configuration de l'ordinateur de développement
50
Tableau 4.2 Paramètres de configuration 54
Tableau 4.3 Les paramètres du modèle Two-Ray 54
Tableau 4.4 Les paramètres du modèles Shadowing
54
Tableau 4.5 Les paramètres de configuration du fading
55
Tableau 4.6 Le taux de perte des paquets 57
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