Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Organisation et allocation de ressources dans les réseaux radio ad hoc
Directeur de thèse:
Christophe LE MARTRET (Thales)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
Le principe de la méthode d’accès multiple à répartition dans le temps (AMRT, TDMA en anglais) consiste à ordonnancer les différents utilisateurs à des instants différents. Comparativement à la famille des accès multiples en compétition, elle permet de fournir de meilleures garanties de QoS et peut mieux tolérer les réseaux où la densité de noeuds du réseau est importante. Cette stratégie est utilisée dans certains réseaux tactiques, comme par exemple [2], et est celle considérée dans la thèse.
Les travaux réalisés dans cette thèse se situent donc dans le contexte des couches liaison de données et physique, selon la terminologie de l’OSI, conjointement appelées accès radio. En raison de gains importants [1] qu’elle apporte, c’est l’approche intercouches (cross-layer en anglais) qui sera considérée dans la thèse.
Une problématique clef dans les réseaux ad hoc est l’allocation de ressources aux différents noeuds, qui va déterminer qui transmet vers qui, quand et comment. Le comment dépend des capacités de l’accès radio. Lorsqu’il est flexible il est possible de prendre en compte par exemple le schéma de modulation et codage (Modulation and Coding Scheme - MCS - en anglais), la puissance d’émission, ou même le schéma régissant le protocole de retransmission HARQ.
Le sujet d’allocation de ressources est largement traité par la littérature dans le cas des réseaux cellulaires, mais l’est beaucoup moins dans le cas des réseaux ad hoc mobiles. Le sujet de la thèse est celui de l’allocation de ressources pour les réseaux tactiques ad hoc large bande. Il regroupe deux grandes problématiques que sont l’organisation du réseau et l’allocation des ressources aux noeuds.
Les capacités des équipements radio qui influent sur les protocoles de communication sont nombreuses. Dans le contexte de la thèse les équipements seront considérés comme monovoie et duplexés en temps (TDD). La couche physique choisie sera de type multi-porteuses (par exemple SC-FDMA [3] ou OFDMA [4]), avec plusieurs MCS. La largeur de la canalisation sera variable, dépendante de l’environnement spectral. Enfin il sera possible de faire varier la puissance en transmission. La couche liaison de données considérée sera du type TDMA avec prise en compte la dimension fréquentielle (par exemple TDMA/OFDMA ou TDMA/SC-FDMA).
Organisation des réseaux
Pour l’organisation du réseau trois grandes approches existent. Tout d’abord celle où le réseau est dit « à plat », puis celle où l’allocation est centralisée, et enfin l’organisation hybride.
Dans le cas du réseau « à plat », chaque noeud du réseau est considéré égal aux autres. Les ressources sont allouées via des négociations à portée locale entre les nœuds impliqués. Cette stratégie peut impliquer un fort surcoût protocolaire et manquer de réactivité car elle implique de nombreux échanges entre les noeuds pour gérer les conflits résultants des allocations faites par chacun.
La seconde approche est celle où un noeud parmi tous les autres a un rôle privilégié, c’est lui qui alloue les ressources pour l’ensemble du réseau. Un avantage de cette façon de procéder est que le noeud privilégié dispose d’un maximum d’informations et peut optimiser l’allocation. Il le fait au prix des délais importants entre le moment où l’allocation réalisée par le noeud allocateur est décidée et celui où elle est mise en oeuvre sur chaque noeud du réseau, distants de plusieurs bonds radio. De plus cet asynchronisme fait que le noeud allocateur peut se tromper sur la manière d’allouer les ressources, de par le caractère parfois obsolète des informations dont il dispose.
Dans l’approche hybride les noeuds des réseaux sont regroupés en grappes, appelés clusters en anglais [5]. A l’intérieur de ces clusters un noeud appelé chef de cluster (cluster head en anglais - CH) peut avoir le rôle d’allocateur de ressources. L’intérêt de cette approche est de simultanément bénéficier d’une information importante et d’une bonne proximité entre le CH qui décide de l’allocation des ressources et les noeuds sur lesquelles elles sont allouées. Cette approche rappelle la structure des réseaux cellulaires mais s’en écarte par la possibilité d’établir des communications ad hoc de pair à pair, à l’intérieur et entre les clusters.
C’est l’approche du réseau de clusters qui est principalement étudiée dans la thèse. On trouve deux types de cluster, ceux dans lesquels les noeuds membres d’un cluster sont tous situés à un bond radio du CH et ceux dans lesquels ils sont situés à au plus k bonds, avec k>1. L’avantage des petits clusters est la rapidité avec laquelle ils peuvent échanger des informations avec leur CH. L’atout des plus grands clusters est leur plus grande stabilité.
Dans un réseau clusterisé, une fois les CH choisis il faut encore que les autres noeuds, dits ordinaires ou membres, s’affilient aux CH. Lorsqu’un noeud peut appartenir à plusieurs clusters, on parle de clusters recouvrant et le noeud en question peut êtr
Doctorant.e: Massin Raphael