Soutenance mémoire
GENERALITE SUR LES RESEAUX DE RADIO COGNITIVE
Réseaux sans fil
Après avoir développé tout un ensemble de réseaux filaires exploitant des supports de communication « cuivre » et/ou « fibre » exploités pour la transmission de flux divers (données numériques, sons, images …), les opérateurs de télécommunication et les fournisseurs de service marquent un intérêt de plus en plus fort pour la mise en œuvre de réseaux sans fils, apportant une valeur ajoutée par sa diversification des moyens d’interconnexion, de construction de réseaux domotiques (Bluetooth), une nouvelle donne pour la fabrication de mobiles de cinquième génération, l’accès à Internet par le relais local radio …
Motivation
La technologie sans fil est devenue une partie vitale de la vie quotidienne et aussi un business crucial dans presque tous pays. En effet, cette technologie a changé nos activités diurnes et tiens une partie essentielle dans le monde moderne de la nouvelle technologie à travers des communications immédiates et accès à toutes données multimédias. De plus, avec la croissance exponentielle des équipements mobiles (smart phones, tablettes, Personal Digital Asistants (PDAs), notebooks,…), les applications de la technologie sans fil deviennent de plus en plus évoluées : un accès à internet plus facile à travers des réseaux cellulaires, téléchargement des données multimédias plus rapide, vidéo conférence haute qualité, sont devenus accessible avec des équipements mobiles, de tout site du globe, la localisation à travers système de positionnement GPS ou Global Positioning System qui est presque sur chaque téléphones mobiles. C’est n’est qu’une infime application que pourrait offrir la technologie sans fil. Cependant, ces technologies sont toujours en perpétuelles évolution dans le but d’offrir un débit de connexion plus élevé, une meilleure qualité de service ou QoS (Quality of Service), une couverture plus large, une grande capacité et une faible consommation en énergie [1].
Développement
Les réseaux sans fil ont connu plusieurs générations à travers le temps. La première génération était les réseaux sans fil analogiques, lorsque le système réseau établie une connexion entre deux entités (dite considérables ou volumineuses), il attribue une fréquence à la communication qui ne pouvait être utilisée que par l’émetteur et le récepteur, nous pouvons dire que c’est une fréquence dédiée à cette communication, d’où il est impossible de réutiliser cette fréquence pendant les périodes de silence, d’où la deuxième génération numérique appelée Global System for Mobile communication (GSM ) apparue pour remplacer la première génération analogique, qui appelée aussi technologie circuit numérique, en cette génération le signal est changé vers signal numérique, le GSM fonctionne dans les bandes de fréquences 900 MHz et 1 800 MHz et dont le débit est de 9.6 Kbit/s suffit pour transmettre la voix et une quantité limitée de donnée comme les Short Message Service (SMS) et le Multimédia Message Service (MMS), les données sont numérisées et envoyées, alors il n’y a pas une notion de paquet, cette notion qui donne naissance à la technologies 2.5 G appelée Global Paquet Radio Service (GPRS) qui a été introduite à côté des circuits GSM la possibilité d’utiliser des tranches de temps afin d’envoyer des paquets de façon asynchrone. Le débit devient 5 fois plus grand en comparant avec le débit GSM d’où les développeurs pourraient faire un pas vers la navigation internet, mais ça reste une pseudo-navigation car le débit reste toujours limité. L’Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) qui est une spécification de la 3G la technologies attendue par les utilisateurs qui aiment surfer sur internet avec plus de liberté, cette technologie se base sur le Code Division Multiple Access (CDMA) l’apport le plus important par cette technologie est le débit qui peut atteindre jusqu’à 2Mb/s ce qui permet d’aller plus loin avec le mobile, par exemple : les applications temps réel et la visiophonie, et avec la 4G nous pouvons nous connectés n’importe où et n’importe quand avec un débit plus considérable. Grâce à la méthode de modulation Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) et avec une nouvelle technologie d’antennes multiples qui est le Multiple Input Multiple Output (MIMO).
Règlementation
Le FCC [1] [2] alloue à chaque pays une plage de fréquences, à cause de la croissance des applications utilisant le sans-fil (radio, opérateur, l’armé, la navigation ….) qui ne cessent pas d’augmenter, alors au niveau de chaque pays, l’autorité concernée doit gérer et diviser la plage des fréquences aux nombre de ces usagers désirant avoir l’autorité sur une fréquence ou bande de fréquences et délivre à chaque utilisateur une licence d’utilisation, cet usager est appelé utilisateur primaire de la fréquence (Primary User ou PU) , il possède tous les droits d’utilisation .
Gestion du spectre
Le spectre est une ressource rare, précieuse géré par l’Union Internationale des Télécommunications (UIT) depuis 1927, cet institut présente un ensemble de nations unies qui collaborent entre eux afin de mieux gérer le spectre radio sur une base nationale et internationale, ces nations réunirent et ordonnancent chaque trois ans des conférences appelées CMR (pour Conférences Mondiales des Radiocommunications) pour délibérer et, si nécessaire réviser les traités internationaux qui réglementent l’usage du spectre .
Radio logicielle
La radio cognitive se base sur le concept de la radio logicielle, fondée sur les travaux de Joseph Mitola dans le but de fournir une classe de radio reprogrammable et reconfigurable utilisant des techniques de traitement numériques du signal sur des circuits numériques configurables [4]. La radio logicielle est un système de radiocommunication dans laquelle les fonctions typiques de l’interface radio généralement réalisées en matériel, telles que la fréquence porteuse, la largeur de bande du signal, la modulation et l’accès au réseau sont réalisés sous forme logicielle. La radio logicielle moderne intègre également l’implantation logicielle des procédés de cryptographie, codage correcteur d’erreur, codage source de la voix, de la vidéo ou des données. Le concept de radio logicielle doit également être considéré comme une manière de rendre les usagers, les fournisseurs de services et les fabricants plus indépendants des normes. Ainsi, avec cette solution, les interfaces radio peuvent, en principe, être adaptées aux besoins d’un service particulier pour un usager particulier dans un environnement donné à un instant donné. On distingue plusieurs niveaux d’avancement dans le domaine : la radio logicielle est le but ultime intégrant toutes les fonctionnalités en logiciel, mais elle impose des phases intermédiaires combinant anciennes et nouvelles techniques, on parle alors de radio logicielle restreinte (Software Defined Radio ou SDR). Les contraintes de puissance de calcul, de consommation électrique, de coûts, etc. imposent actuellement de passer par cette phase intermédiaire .
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES RESEAUX DE RADIO COGNITIVE
1.1 Introduction
1.2 Réseaux sans fil
1.2.1 Motivation
1.2.2 Développement
1.2.3 Règlementation
1.3 Gestion du spectre
1.4 Radio logicielle
1.5 Radio logicielle restreinte
1.6 Radio cognitive
1.6.1 Historique et définition
1.6.2 Caractéristiques de la radio cognitive
1.6.3 Architecture des réseaux de radios cognitives
1.6.4 Relation entre la radio cognitive et la radio logicielle
1.6.5 Fonctions de la radio cognitive
1.6.6 Domaines d’application de la radio cognitive
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 PROBLEME D’OPTIMISATION ET METAHEURISTIQUES
2.1 Introduction
2.2 Classifications des complexités d’un problème d’optimisation
2.3 Fondement de l’optimisation
2.3.1 Définition d’une fonction objectif
2.3.2 Catégorie d’optimisation
2.3.3 Classification des méthodes d’optimisation
2.3.4 Optimisation combinatoire
2.3.5 Optimisation sous contraintes
2.3.6 Problème de satisfaction de contraintes
2.3.7 Problème d’optimisation combinatoire sous contraintes
2.3.8 Optimisation multi-objectif
2.4 Méthodes de résolution des problèmes d’optimisation
2.4.1 Terminologie
2.4.2 Heuristique
2.4.3 Métaheuristique
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 ALGORITHME GENETIQUE
3.1 Introduction
3.2 Origine des algorithmes génétiques
3.3 Présentation des algorithmes génétiques
3.3.1 Codage et population initiale
3.3.2 Gestion des contraintes
3.3.3 Opérateurs
3.3.4 Autres paramètres
3.3.5 Critère d’arrêt
3.4 Avantages et inconvénients des algorithmes génétiques
3.5 Applications des Algorithmes Génétiques
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION DE L’OPTIMISATION DE LA QoS DANS UN RESEAU DE RADIO COGNITIVE PAR LES ALGORITHMES GENETIQUES
4.1 Introduction
4.2 Paramètres du réseau de radio cognitive
4.2.1 Objectif de performance de la radio cognitive et modélisation
4.2.2 Fonction de coût
4.2.3 Scénarios de transmission
4.2.4 Espace de conception ou de recherche
4.3 Paramètres de l’algorithme génétique
4.3.1 Codage et décodage des données
4.3.2 Initialisation de la population
4.3.3 Sélection
4.3.4 Reproduction
4.3.5 Critère d’arrêt
4.4 Outils de simulation
4.5 Objectifs de la simulation et implémentation de l’algorithme
4.6 Analyses et interprétations des résultats de la simulation
4.6.1 Mode urgence
4.6.2 Mode énergie ou batterie faible
4.6.3 Mode multimédia
4.6.4 Mode accès dynamique au spectre
4.6.5 Comparaison de la convergence des scénarios
4.7 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
