Integration of network coding, spatial diversity and opportunistic routing/forwarding in wireless mesh networks

Résumé

Le réseau maillé sans fil constitue une réponse au problème du « dernier kilomètre ». Celui-ci nous offre en effet, un accès Internet bon marché, un déploiement facile et une grande couverture réseau avec moins de fils. Néanmoins, son débit limité est une barrière à son intégration aux applications de prochaine génération. Motivé par les caractéristiques et avantages de cette technologie, nous présentons une solution à ce problème de débit limité en tirant profit de son caractère de diffusion sans fil. Le codage réseau, la diversité spatiale et le routage/transfert opportuniste capitalisent sur la nature de diffusion des connexions sans fil pour améliorer les performances du réseau. Ces techniques ciblent différentes conditions de réseau et sont en général considérées séparément. Dans cette thèse, une intégration basée sur l’inter-couche (c.à.d. cross-layer) des trois techniques mentionnées est présentée. Cette intégration permettra d’accumuler leurs gains potentiels en utilisant la même pile de protocole réseau dans un réseau maillé sans fil. L'approche d'intégration proposée est base sur une nouvelle métrique CDARM (Coding opportunity and Data rate Aware Routing Metric) utilisée pour la sélection d'itinéraire et sur une méthode de création des liaisons relais au niveau de la couche MAC. Pour exploiter la nature de diffusion, nous avons développé un protocole coopératif (CP_RL) intégrant ces différentes techniques. Un routage opportuniste est tout d’abord introduit dans le protocole coopératif par la création de liaisons relais au niveau de la couche MAC. Sur la base de ce protocole coopératif (CP_RL) et de la métrique de routage, le mécanisme de codage réseau y est ensuite intégré. Pour finir, une cooperation entre le réseau et les couches MAC est mis en place. Les simulations numériques menées lors de cette étude ont montré une amélioration significative des performances du protocole intégré et ce, aussi bien en termes de débit que de fiabilité du réseau. Au meilleur de notre connaissance, cette thèse est la première tentative d'intégration du codage réseau (NC), de la diversité spatiale (CP) et des mécanismes de routage opportuniste (OR) dans la même pile de protocoles. Les avantages du protocole intégré peuvent être clairement observés à partir des résultats. On constate que l'amélioration de la performance varie faiblement dans un scenario à saut unique pour progressivement augmenter dans un scénario multi-saut (c.a.d. multihop). Cette thèse présente un cas d’étude important où nous préconisons d’exploiter aussi bien la nature de diffusion de la chaîne sans fil que l'architecture inter-couche (c.a.d. cross-layer) où les couches interagissent fréquemment les unes avec les autres au lieu de travailler isolément. Certes le protocole intégré nécessite des modifications dans la pile de protocole réseau. Mais ces modifications pourront être facilement incorporées dans les dispositifs de generation future.

Date	22 août 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Zbigniew Dziong (Directeur(-trice)) & Fabrice Labeau (Codirecteur(-trice))