Scénarios d’application des WMNs

Scénarios d’application des WMNs

Organisation du manuscrit

Ce manuscrit est organisé de la manière suivante. Le Chapitre 2 présente les WMNs et donne un aperçu sur la modélisation et la gestion de la ressource radio, en particulier en ce qui concerne les interférences. Le Chapitre 3 donne un état de l’art sur les principaux travaux portant sur l’optimisation des WMNs. Nous nous focalisons spécialement sur ceux qui traitent le problème d’accès à la ressource radio en ce qui concerne la dimension temporelle et/ou fréquentielle. 4 1.4. Organisation du manuscrit Cela permettra de donner une idée globale sur notre positionnement par rapport à ce qui a déjà été réalisé sur le sujet. L’optimisation inter-couches de l’usage du spectre radio pour les WMNs MRMC est traitée dans le Chapitre 4 à travers la formulation d’un problème linéaire mixte en nombres entiers. Des alternatives de résolutions hybrides y sont également proposées. Afin d’évaluer l’effet de plusieurs paramètres sur la largeur du spectre nécessaire, plusieurs résultats numériques sont présentés. Le Chapitre 5 aborde la problématique de l’évaluation de l’exploitation des canaux adjacents à chevauchements partiels dans les WMNs MRMC. Dans le cas d’une allocation dynamique des canaux, un problème linéaire est formulé et résolu par la technique de génération de colonnes. Pour le cas d’une allocation statique, le problème d’optimisation précédent est adapté et résolu par un algorithme de branch and price. L’intérêt ou non de l’utilisation des canaux adjacents à chevauchements partiels est discuté à travers des résultats numériques obtenus à travers la résolution des problèmes d’optimisation proposés. Enfin, le Chapitre 6 conclut cette thèse, rappelle les principaux résultats obtenus et présente des perspectives pour les travaux futurs.

Les réseaux sans fil maillés

Les réseaux sans fil tendent de plus en plus à devenir indispensables dans le monde hyper-connecté dans lequel nous vivons. A l’opposé des réseaux filaires, ils ne nécessitent pas d’installation physique complexe et coûteuse pour relier les appareils qui leur sont connectés. L’air ambiant devient le moyen de transmission d’énormes quantités de données. Les réseaux sans fil sont classés selon leur taille en différentes catégories : Réseaux nanos sans fil « Wireless nanonetworks » ou « wireless nanoscale networks ». Ils permettent d’inter-connecter et de coordonner des nanomachines qui réalisent individuellement uniquement des tâches très simples telles que des calculs ou du stockage [7]. Parmi les utilisations potentielles de ces réseaux, nous pouvons citer des applications biomédicales, industrielles, environnementales et militaires [7, 8]. Communication en champ proche « NFC » ou « Near Field Communication ». Technologie de communication sans fil point à point à haute fréquence et à courte portée (maximum 20 cm) [9]. La communication en champ proche peut être utilisée pour des applications d’identification ou de paiement [10]. Réseaux corporels sans fil « WBANs » ou « Wireless Body Area Networks ». Ils sont à l’échelle du corps humain et opèrent à l’intérieur ou à proximité de celui-ci [11]. Les WBANs permettent notamment d’assurer un monitoring médical continu d’une personne sans affecter son rythme de vie quotidien [12]. Réseaux personnels sans fil « WPANs » ou « Wireless Personal Area Networks ». Leur taille ne dépasse pas les quelques mètres. Parmi leurs applications, on peut citer le rac7 2.2. Les réseaux sans fil cordement de terminaux personnels tels que des ordinateurs ou des smartphones. La technologie la plus répandue pour les WPANs est le Bluetooth [13]. Réseaux de proximité « NANs » ou « Near-me Area Networks ». Ce sont des réseaux sans fil construits sur des infrastructures physiques existantes [14]. Ils permettent la communication directe entre appareils sans fil se trouvant à proximité en se basant sur leur localisation géographique et peuvent fournir des services divers tels que la messagerie vers des personnes proches, le partage de photos ou de documents entre elles, etc. Réseaux locaux sans fil « WLANs » ou « Wireless Local Area Networks ». Ils peuvent couvrir en réseau un domicile, une entreprise, etc. Ils permettent aux usagers de se déplacer à l’intérieur d’une certaine zone tout en restant connectés. La majorité de ces réseaux sont des réseaux Wi-Fi [15], basés sur la norme IEEE 802.11 [16]. Plusieurs WLANs peuvent être inter-connectés sous forme de structure dorsale (backbone) dans but de couvrir des zones plus importantes et de former des réseaux de campus (« CANs » ou « Campus Area Networks »). Réseaux métropolitains sans fil « WMANs » ou « Wireless Metropolitan Area Networks ». Ils peuvent être de l’ordre de plusieurs kilomètres et couvrir toute une ville. Ils sont destinés principalement aux opérateurs de télécommunications. La technologie de ce type la plus connue est le WiMAX [17] qui est basée sur la norme IEEE 802.16 [18]. Réseaux étendus sans fil « WWANs » ou « Wireless Wide Area Networks ». Ces réseaux sont aussi connus sous le nom de réseaux cellulaires mobiles. Tout téléphone mobile est directement relié à un WWAN. Cela permet d’effectuer des appels, d’envoyer des messages courts, d’utiliser Internet, etc. Parmi les technologies existantes, on peut citer la technologie de téléphonie mobile de troisième génération (3G) UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) [19] et la technologie de quatrième génération (4G) LTE (Long Term Evolution) [20]. Les réseaux sans fil classiques sont généralement dotés d’une station de base qui joue le rôle de coordinateur entre les différents terminaux du réseau. Ainsi, toute communication entre deux entités de ce réseau se fera principalement à travers la station de base. Il en va de même pour toute communication montante qui doit être acheminée vers l’extérieur du réseau, ou bien descendante, c.-à-d. dans le sens inverse. Cela peut engendrer un goulot d’étranglement, étant donné que tout le trafic doit transiter par cette station de base. De plus, la taille du réseau dépendra de la technologie de transmission utilisée et aura un rayon bien défini, si toute communication est à un seul saut. Cela est notamment le cas des réseaux Wi-Fi ou WiMAX. 8 2.3. Architecture des WMNs D’autres types de configurations de réseaux sans fil existent. À ce titre, nous pouvons citer les réseaux ad hoc [21]. Dans un réseau sans fil ad hoc, une communication entre deux terminaux qui désirent effectuer un échange peut se faire de manière directe, pourvu que le récepteur soit à une distance qui lui permette de décoder le signal reçu à partir de l’émetteur. Si les deux terminaux ne sont pas en communication directe, d’autres terminaux de ce réseau peuvent jouer le rôle d’intermédiaires et aider à acheminer les données en multi-sauts. Il n’y a donc plus de point central dans ce type de réseaux : le réseau est décentralisé. Les réseaux sans fil maillés (WMNs) sont un autre type de réseaux décentralisés où les données sont également acheminées en multi-sauts jusqu’à destination. En considérant qu’un nœud client est un terminal qui désire lui-même envoyer ou recevoir des données, la différence majeure entre un réseau sans fil ad hoc et un WMN réside dans le fait que, dans le premier, ce sont les nœuds clients eux-mêmes qui envoient, réceptionnent et acheminent les données en multi-sauts, alors que dans le deuxième, ce sont des nœuds routeurs qui ont la tâche d’agréger le trafic de données des nœuds clients et de l’acheminer en multi-sauts jusqu’à destination. Les sections qui suivent présentent les WMNs plus en détail.

Table des matières

1 Introduction générale
1.1 Contexte .
1.2 Problématique
1.3 Contributions
1.4 Organisation du manuscrit .
2 Les réseaux sans fil maillés
2.1 Introduction
2.2 Les réseaux sans fil .
2.3 Architecture des WMNs .
2.4 Caractéristiques des WMNs
2.5 Avantages des WMNs
2.6 WMNs vs. réseaux ad hoc
2.7 Scénarios d’application des WMNs
2.8 Critères de performance pour les WMNs
2.9 Standards pour les WMNs .
Le standard IEEE 802.
Le standard IEEE 802.
Le standard IEEE 802. .
2.10 Gestion de la ressource radio .
Ondes radio .
Notion de canal radio .
Problématiques liées à la transmission radio .
Modèles d’interférence .
2.11 Conclusion
3 État de l’art 
3.1 Introduction . .
3.2 Techniques avancées de la couche physique
3.3 Adaptation des puissances d’émission .
5.4 Le modèle réseau
5.5 Allocation dynamique des canaux
Le problème d’optimisation linéaire
Résolution par la technique de génération de colonnes
5.6 Allocation statique des canaux
Le problème linéaire mixte en nombres entiers
Décomposition du problème .
Résolution par branch and price
5.7 Résultats numériques .
Performances de l’approche alternative CONF-S .
Impact de l’utilisation des canaux à chevauchements partiels .
Impact du rayon d’interférence .
Impact du nombre d’interfaces radio .
Impact du nombre de passerelles
Allocation dynamique vs. allocation statique
5.8 Conclusion
6 Conclusion et perspectives
6.1 Conclusion .
6.2 Perspectives
Bibliographie

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