Study and optimisation of IEEE 802.11 PHY and MAC protocols towards a new generation integrated in 5G

Etude et optimisation des protocoles PHY et MAC de l’IEEE 802.11 vers une nouvelle génération intégrée à la future 5G

Kaoutar Abdelalim (1, 2)

1 IMT Atlantique - SC - Département Signal et Communications
2 Lab-STICC_IMTA_CACS_COM

The high growth of wireless applications brings greater challenges to wireless technologies and calls for more improvements and better efficiency. This is particularly true for dense environments for which per user performance is a key issue. IEEE 802.11ax amendment was launched in that context, to improve the physical (PHY) and medium access control (MAC) layer protocols of Wi-Fi networks in dense environments while maintaining backward compatibility with previous standards.The works of this thesis join the same perspectives as the IEEE 802.11ax, namely the improvement of existing protocols or the proposal of new ones. To that aim, three main contributions are proposed: first, we provide a deep analysis of the IEEE 802.11 norm, from its first version in 1999 to the ongoing IEEE 802.11ax amendment. Second, we expose a PHY layer improvement with a new method for the resource allocation in orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) in random access mode. Third, we develop a MAC layer evolution with an adaptive negotiation mode for the block acknowledgement session (AN-BA).

L’évolution des réseaux sans fil et leur utilisation massive soulève de plus en plus de défis. Cela est particulièrement vrai pour les environnements denses pour lesquels la performance par utilisateur est un problème clé. Le standard IEEE 802.11ax a été lancé dans ce contexte, afin d’améliorer les protocoles des couches PHY(Physical) et MAC (Medium Access Control) en maintenant la rétrocompatibilité avec les standards précédents. Les travaux de cette thèse rejoignent les mêmes perspectives que le IEEE 802.11ax, à savoir l’amélioration des protocoles existants ou l’introduction de nouvelles techniques. Dans cette perspective, trois contributions principales sont proposées : premièrement, une analyse approfondie de la norme IEEE 802.11 a été élaborée, depuis sa première version en 1999 jusqu’au dernier amendement, le IEEE 802.11ax, en cours de finalisation. Deuxièmement, nous exposons une amélioration de la couche PHY à travers une nouvelle méthode d’allocation de ressources pour l’OFDMA (OFDMA pour Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en mode accès aléatoire. Troisièmement, nous avons développé une évolution de la couche MAC avec un mode de négociation adaptatif pour la session d’acquittement par bloc (AN-BA).

Mots clés: IEEE 802.11ax; OFDMA; Random access; Resource allocation; Block acknowledgment; QoS; WLANs; Ns-3

Mots clés: IEEE 802.11ax; OFDMA; Accès aléatoire; Allocation de ressources; Acquittement par bloc; QoS; WLAN; Ns-3

Domaines: Réseaux et télécommunications [cs.NI]

Kaoutar Abdelalim. Study and optimisation of IEEE 802.11 PHY and MAC protocols towards a new generation integrated in 5G. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2019. English. ⟨NNT : 2019IMTA0163⟩. ⟨tel-02986448⟩