Thèse Année : 2023

New protocol approach for interference management in multi-hop wireless networks

Nouvelle approche protocolaire de gestion d’interférences dans les réseaux sans fil multi-sauts

Résumé

The radio interference management has become one of the main challenges to increase the capacity of multi-hop wireless networks and to make the client nodes trans- missions more reliable. This purpose to manage interference has historically given rise to several research works carried out essentially at the access layer and whose objective is to schedule transmissions in such a way to avoid any form of interference in time or in frequency space, which inevitably leads to poor spatial reuse in addition to a considerable overhead introduced for the coordination of data exchanges. As a result, and thanks to various advanced digital communication techniques, the scientific community has endea- vored to rethink these strategies to treat or even exploit these interferences by authorizing several simultaneous transmissions and in the same frequency band. In this thesis, we are interested in one of these techniques, the Physical−LayerNetworkCoding (PNC), with a focus on its real integration in multi-hop wireless networks. Our first contribution mainly consists of the design of a dynamic and centralized access management approach capable of detecting and exploiting PNC opportunities in a star network. Motivated by the results obtained by simulation on this minimalist topology, we then defined a new framework for using this technique in a larger and more realistic context made of real equipment. Thus, we first proposed and implemented a new physical layer dedicated to the PNC using heterogeneous radio equipment to then design and test on a real testbed a distributed MAC layer which supports the PNC and which has proven significant gains in throughput and reliability compared to existing solutions.

Les réseaux sans fil multi-sauts, appelés aussi réseaux ad-hoc, sont fréquemment exploités et mis à profit ces dernières décennies grâce à leur capacité à s’affranchir des réseaux filaires traditionnels et à leur grande flexibilité. Néanmoins, du fait que les communications sont relayées de proche en proche par les noeuds eux-mêmes, ceci implique, contrairement aux réseaux à infrastructure traditionnels, que les débits atteignables dans de tels réseaux sont particulièrement limités dès lors que le nombre d’utilisateurs augmente. On considère même parfois qu’une transmission d’une source vers une destination est effective seulement si tous les utilisateurs proches de la destination restent silencieux durant toute la période d’émission. Ainsi, la gestion des interférences radio est devenue l’un des principaux défis à relever pour augmenter la capacité des réseaux sans fil multi-sauts et fiabiliser les transmissions des noeuds clients. Cette volonté de gérer les interférences a suscité, historiquement, plusieurs travaux de recherche visant essentiellement la couche d’accès et dont l’objectif consiste à ordonnancer les transmissions de façon à éviter toute forme d’interférence dans le temps ou dans l’espace fréquentiel, ce qui induit inéluctablement une mauvaise réutilisation spatiale en plus de l’overhead introduit pour la coordination des échanges de données. De ce fait, et grâce à différentes techniques avancées de communication numérique, la communauté scientifique s’est efforcée à repenser ces stratégies pour traiter voir exploiter ces interférences en autorisant plusieurs transmissions simultanées et dans la même bande de fréquence. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’une de ces techniques, le Physical-Layer Network Coding (PNC), en vue de son intégration réelle dans des réseaux sans fil multi-sauts. Nos premiers travaux se concentrent principalement sur la conception d’une approche dynamique et centralisée de gestion d’accès capable de détecter et d’exploiter les opportunités de PNC dans un réseau en étoile. Motivés par les résultats obtenus par simulation sur cette topologie minimaliste, nous avons ensuite défini un nouveau cadre d’utilisation à cette technique visant à élargir sa sphère d’application et évaluer les gains obtenus dans un contexte réel sur de vrais équipements. Ainsi, nous avons, tout d’abord, proposé et implémenté dans des radio logicielles une nouvelle couche physique dédiée au PNC en utilisant des équipements radio hétérogènes pour ensuite, concevoir et tester sur un testbed réel une couche MAC distribuée qui supporte le PNC et qui a prouvé des gains significatifs en débit et en fiabilité en comparaison aux solutions existantes sur un nombre de noeuds plus important.

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  • HAL Id : tel-04947271 , version 1

Citer

Mohammed Aissaoui. Nouvelle approche protocolaire de gestion d’interférences dans les réseaux sans fil multi-sauts. Informatique [cs]. UT2J : Université Toulouse 2 Jean Jaurès, 2023. Français. ⟨NNT : 2023TOU20038⟩. ⟨tel-04947271v1⟩
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