Soutenance mémoire
Propagation des ondes
Les ondes radio (notées RF pour Radio Frequency) se propagent en ligne droite dans plusieurs directions. Dans tout autre milieu, le signal subit un affaiblissement dû à la réflexion, la réfraction, la diffusion, l’interférence et l’absorption.
a. Réflexion :Lorsque le milieu change, une partie de l’onde électromagnétique repart vers le milieu d’origine. Le radar primaire exploite ce phénomène.Lorsqu’une onde radio rencontre un obstacle, tout ou une partie de l’onde est réfléchie, avec une perte de puissance. La différence de temps de propagation (délai de propagation) entre deux signaux ayant emprunté des chemins différents peut provoquer des interférences au niveau du récepteur car les données reçues se chevauchent.
b. Réfraction :Lorsque le milieu change, l’onde se propage dans le second milieu mais avec une direction différente. Ceci a une grande influence sur la propagation des ondes radio.
c. Diffusion :Dans certains cas, lorsqu’une onde rencontre un corps, dont le milieu est différent, la diffusion influe sur la longueur d’onde et la fait augmenter ou diminuer.
d. Interférences :Les ondes électromagnétiques sont sujettes aux interférences. Elles ont pour conséquences les parasites lors des transmissions radio.
e. Absorption :Lorsqu’une onde radio rencontre un obstacle, une partie de son énergie est absorbée et transformée en énergie, une partie continue à se propager de façon atténuée et une partie peut éventuellement être réfléchie. On appelle atténuation d’un signal, la réduction de la puissance de celui-ci lors d’une transmission. L’atténuation augmente avec l’augmentation de la fréquence ou de la distance. De plus, lors de la collision avec un obstacle, la valeur de l’atténuation dépend fortement du matériau composant l’obstacle [4].
Système OFDM
Historique et définition Si les premières études sur les multi-porteuses datent de la fin des années 1950, le multiplexage à division de fréquences orthogonales, plus connu sous le nom anglophone OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a fait son apparition une dizaine d’années plus tard.Délaissé ensuite lors du développement de la théorie de l’égalisation pour les systèmes mono-porteuses (de moindre complexité), l’OFDM refait son retour vers le milieu des années 1980, grâce au projet de radiodiffusion numérique DAB (Digital Audio Broadcasting). En effet, les systèmes mono porteurs, contrairement à l’OFDM, ne remplissaient pas les conditions de résistance aux trajets multiples et de débit élevé pour un taux d’erreur binaire faible requis par cette nouvelle application. Depuis lors, l’OFDM est restée une technique prépondérante, puisqu’elle est utilisée pour de nombreuses applications comme la télévision numérique DVB (Digital Video Broadcasting) ou la norme ADSL (Assymetric Digital Suscriber Line) permettant des liaisons Internet à haut débit. Enfin l’OFDM s’adapte parfaitement aux communications mobiles, et semble incontournable pour les futurs standards de troisième et quatrième générations [7]. Le principe de l’OFDM consiste à diviser le signal numérique que l’on veut transmettre sur un grand nombre de porteuses. Pour que les fréquences des porteuses soient les plus proches possibles et ainsi transmettre le maximum d’informations sur une portion de fréquences, l’OFDM utilise des porteuses orthogonales entre elles [11].
Réseaux sans-fil
Un réseau sans-fil est un réseau dont au moins deux terminaux peuvent communiquer avec des ondes radio ou infrarouge et sans la présence d’une liaison filaire. Un réseau local sans fil véhicule les informations soit par infrarouge, soit par onde radio. La transmission par onde radio est la méthode la plus répandue en raison de sa plus large couverture géographique et de son débit plus grand. Il y a quelques règles simples qui peuvent être utiles pour concevoir un réseau sans fil :
Plus la longueur d’onde est grande, plus loin sa portée rayonnera.
Plus la longueur d’onde est grande, mieux voyagera celle-ci à travers et autour des choses.
À plus courte longueur d’onde, plus de données pourront être transportées [11]. L’objectif initial du réseau local a été étendu à un accès sans fil large bande et une connectivité aux réseaux IP (Internet Protocol) mais a également donné naissance à de nombreux autres types de réseaux sans fil qu’on peut désigner sous l’acronyme WxAN, qui se distinguent par la nature des services offerts, donc des débits et des bandes de fréquence qui sont conçus pour être les mieux adaptés à leur environnement [7].
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Les WMAN sont l’accès radio large bande fixe pour l’extérieur des bâtiments en remplacement d’un réseau câblé, filaire ou optique ou d’un réseau ADSL avec une structure un peu similaire à celle d’un réseau cellulaire avec une station de base et une réception à partir d’une antenne extérieure au bâtiment. Le WMAN constitue un accès pour les réseaux WLAN, WPAN qui se trouvent à l’intérieur du bâtiment mais il est envisageable que certains protocoles réseaux (mais pas au niveau de l’interface radio) permettent d’assurer une liaison entre la BS (Base Station) et l’équipement individuel [7]. Les WMAN sont des réseaux avec une portée de 2 à 50 kilomètres, l’envergure d’une ville. Cette technologie est destinée principalement aux opérateurs de télécommunication. Les principales normes sont IEEE802.16/WiMax (World wide Interoperability for Microwave Access) et IEEE 802.20/MBWA (Mobile Broadband Wireless Access). IEEE 802.16/WiMax est avant tout une famille de normes, définissant les connexions à haut débit par voie hertzienne. Le but premier du WiMax était de permettre la création de réseaux métropolitains fixes à très hauts débit. La norme 802.16e, publiée le 24 Juin 2004, utilise une fréquence entre 2 et 6 GHz et offre un taux de transmission théorique pouvant atteindre 74 Mbit/s. Elle apporte aussi un certain niveau de mobilité au WiMax : Les utilisateurs peuvent se déplacer jusqu’à 60km/h en conservant un débit de 15 Mbit/s. La norme IEEE802.16/WiMax sera détaillée plus loin dans ce chapitre. IEEE 802.20/MBWA est un standard en cours de développement permettant plus de mobilité que le WiMax et plus de débit que l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Cette technologie utilise des fréquences inférieures à 3,5 GHz avec une cellule d’un rayon de 2,5Km et peut offrir 1 Mbits/s par utilisateur. Des versions utilisant un canal plus large de 5 MHz pourraient permettre des débits de 4 Mbit/s en descente et 1,2 Mbit/s en montée pour chaque utilisateur. Le MBWA autorise des déplacements pouvant aller jusqu’à 250km/h avec un débit d’1Mbit/s [10].
Deuxième génération (2G)
La seconde génération des réseaux mobiles ont marqué une rupture avec la première génération de téléphones cellulaires grâce au passage de l’analogique vers le numérique. Les principaux standards de téléphonie mobile 2G sont le GSM, le GPRS, et l’EDGE.
Le standard GSM : Le réseau GSM (Global System for Mobile communications) constitue au début du 21ème siècle le standard de téléphonie mobile le plus utilisé. Baptisé « Groupe Spécial Mobile » à l’origine de sa normalisation en 1982, il est devenu une norme internationale nommée « Global System for Mobile communications » en 1991. En Europe, le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz et 1800 MHz. Aux États-Unis par contre, la bande de fréquence utilisée est la bande 1900 MHz. Ainsi, on qualifie de tri-bande, les téléphones portables pouvant fonctionner en Europe et aux ÉtatsUnis. Et de bi-bande ceux fonctionnant uniquement en Europe. La norme GSM autorise un débit maximal de 9,6 kbit/s, ce qui permet de transmettre la voix ainsi que des données numériques de faible volume, par exemple des messages textes (SMS, pour Short Message Service) ou des messages multimédias (MMS, pour MultiMedia Message Service). Les bandes de fréquences autour de 1800 MHz est dite DCS (Digital Cellular System) et celle autour de 1900 MHz est dite PCS (Personal Communication System) [13].
Le standard GPRS : Le standard GPRS (General Packet Radio Service) est une évolution de la norme GSM, ce qui lui vaut parfois l’appellation GSM++ (ou GMS 2+). Étant donné qu’il s’agit d’une norme de téléphonie de seconde génération permettant de faire la transition vers la troisième génération (3G), on parle généralement de 2.5G pour classifier le standard GPRS. Le GPRS permet d’étendre l’architecture du standard GSM, afin d’autoriser le transfert de données par paquets, avec des débits théoriques maximums de l’ordre de 171,2 kbit/s (en pratique jusqu’à 114 kbit/s). Grâce au mode de transfert par paquets, les transmissions de données n’utilisent le réseau que lorsque c’est nécessaire. Le standard GPRS permet donc de facturer l’utilisateur au volume échangé plutôt qu’à la durée de connexion, ce qui signifie notamment qu’il peut rester connecté sans surcoût. Ainsi, le standard GPRS utilise l’architecture du réseau GSM pour le transport de la voix, et propose d’accéder à des réseaux de données (notamment Internet) [13]
Le standard EDGE : Le standard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) est une évolution de la norme GSM, modifiant le type de modulation. Tout comme la norme GPRS, le standard EDGE est utilisé comme transition vers la troisième génération de téléphonie mobile (3G). On parle ainsi de 2.75G pour désigner le standard EDGE. EDGE utilise une modulation différente de la modulation utilisée par le GSM (8-PSK), ce qui implique une modification des stations de base et des terminaux mobiles. L’EDGE permet ainsi de multiplier par un facteur 3 le débit des données avec une couverture plus réduite. Dans la théorie, le standard EDGE permet d’atteindre des débits allant jusqu’à 384 kbit/s pour les stations fixes (piétons et véhicules lents) et jusqu’à 144 kbit/s pour les stations mobiles (véhicules rapides) [13].
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Table des matières
Remerciements
Dédicaces
Résumé
Table des matières
Liste des figures
Acronymes et Abréviations
Introduction générale
Chapitre I : Généralités sur les réseaux sans fils et mobiles
I – Introduction
II – Ondes radio
II – 1 / Définition
II – 2 / Différents types d’ondes
II – 3 / Propagation des ondes
II – 4 / Types de modulations d’une onde radio
II – 5 / Multiplexage
III – Système OFDM
III – 1 / Historique et définition
III – 2 / La modulation multi porteuse
III – 3 / Les différents modes d’accès OFDM
IV – Réseaux sans-fil
IV – 1 / Différents réseaux sans fil
IV – 2 / Différents réseaux WxAN
IV – 3 / Différentes normes 802.x
V – Réseaux mobiles
V – 1 / Les différentes cellules
V – 2 / Les différentes générations des téléphones mobiles
VI – Conclusion
Chapitre II : Introduction à la radio cognitive
I – Introduction
II – La radio logicielle restreinte (SDR)
II – 1 / Architectures matérielle d’une radio logicielle restreinte
II – 2 / Exemples d’applications
III – La radio cognitive (RC)
III – 1 / Historique
III – 2 / Définition
III – 3 / Relation entre RC et SDR
III – 4 / Architecture de la radio cognitive
III – 5 / Cycle de cognition
III – 6 / Composantes de la radio cognitive
III – 7 / Fonctions de la radio cognitive
IV – Les réseaux de futur
IV – 1/ Les composants des réseaux de futur
IV – 2/ Hétérogénéité du spectre
IV – 3/ Hétérogénéité du réseau
V – Applications de la Radio cognitive
V – 1 / Amélioration de l’efficacité spectrale
V – 2 / Amélioration de la fiabilité du lien radio
V – 3 / Topologie avancée du réseau
V – 4 / Techniques de collaboration
V – 5 / Automatisation de la gestion des ressources radio
VI – Langages de la radio cognitive
VII – Domaines d’application de la radio cognitive
VII – 1 / Service santé (eHealth services)
VII – 2 / Coexistence de différentes technologies sans fil
VII – 3 / réseaux militaires
VII – 4 / réseaux d’urgences
VII – 5 / réseaux mobiles
VIII – Conclusion
Chapitre III : Présentation des réseaux autonomes
I – Introduction
II – Système nerveux humain
III – Informatique autonome
III – 1 / Définition
III – 2 / le besoin d’autonomie
III – 3 / Principales huit caractéristiques de recherches en informatique autonome
IV – Hiérarchie de l’informatique Autonome
V – Quatre éléments de base d’autonomie
V – 1 / L’auto-configuration
V – 2 / L’auto-guérison
V – 3 / L’auto-optimisation
V – 4 / L’auto -protection
V – 5 / L’informatique autonome Vs l’informatique actuelle
VI – Architecture des réseaux autonomes
VII – Impacte d’autonomie dans la Radio cognitive
VII – 1 /Algorithme d’auto-configuration de la couche 2
VII – 2 / Auto-conscience dans le cycle de cognition
VIII – Systèmes autonomes d’aujourd’hui
VIII – 1 / Initiatives de l’informatique autonome
VIII – 2 / Avantages des systèmes autonomes
VIII – 3 / Applications de l’informatique autonome
IX – Projet de recherche lié aux réseaux autonomes
IX – 1 / Le projet : ANA
IX – 2 / Le projet : CASCADAS
IX – 3 / Le projet : BIONETS
IX – 4 / Le projet : CPN
X – Les différents défis des systèmes autonomes
X – 1 / Défis conceptuels
X – 2 / Défis architecturaux
X – 3 / Défis Middleware
X – 4 / Défis d’application
XI – Avenir des systèmes informatiques
XI – 1 / Sans la présence des systèmes autonomes
XI – 2 / Avec la présence des systèmes autonomes
XII – Conclusion
Chapitre IV : Contributions des mécanismes autonomes dans les réseaux de radio cognitive
I – Introduction
II – Première contribution : Auto-optimisation et auto-guérison d’un nœud radio cognitive pour la gestion des échecs
II – 1 / Approche proposée de la négociation entre SU et PU
II – 2 / Principe de fonctionnement de l’approche proposée
II – 3 / Principe de négociation spécifique d’un SU détectant des PUs
III – Deuxième contribution : L’auto-gestion de la base d’apprentissage pour Agent autonome
III – 1 / Approche proposée de LBAA
III – 2 / Mode de fonctionnement de LBAA
III – 3 / Automate fini ou FSM (Finite State Machine) d’un SU
III – 4 / Architecture de l’approche LBAA
III 4 – 1 / Architecture proposés de l’autonomie dans les réseaux de radio cognitive
III 4 – 2 / Impacte de l’autonomie sur l’architecture réelle de notre approche
III – 5 / Diagramme de fonctionnent du LBAA
III – 6 / Message Sequence Chart (MSC) d’un SU en communication
III 6 – 1/ Première alignement du MSC coté A
III 6 – 1/ Deuxième alignement du MSC coté B
IV – Conclusion
Chapitre V : Evaluation des contributions proposées pour la gestion autonome dans le contexte d’un réseau de radio cognitive
I – Introduction
II – Environnement de simulation
III – Simulations et résultats de la première contribution
III – 1 / Simulation de la première contribution
III – 2 / Résultats de simulations de la première contribution
III 2 – 1/ Résultats de comparaison du premier axe
III 2 – 2/ Interprétation des résultats du premier axe
III 2 – 3/ Résultats de comparaison du deuxième axe
III 2 – 2/ Interprétation des résultats du deuxième axe
III – 3 / Simulation de la deuxième contribution
III 3 – 1 / Algorithme de l’approche LBAA pour une suggestion de PUs aux SUs
III – 4 / Résultats de simulations de la deuxième contribution
III – 5 / Interprétation des résultats de la deuxième contribution
III – 6 / Comparaison des résultats de simulations entre les deux contributions
III – 7 / Interprétation de la comparaison entre les résultats des deux contributions
IV – Conclusion
Conclusion générale
ANNEXE : Les systèmes multi-agents et la plateforme JADE
Bibliographie
Liste des publications
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