Allocation des Ressources pour la Gestion Dynamique du Spectre dans les Réseaux Ad hoc Clustérisés

Monsieur Jérôme GAVEAU
Soutenance de thèse de doctorat le 11 Juillet 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Janet

Composition du jury proposé:

 

M. Mohamad ASSAAD CentraleSupélec Directeur de thèse
M. Christophe LE MARTRET Thales Communication and Security Directeur de thèse
M. Xavier LAGRANGE IMT Atlantique Rapporteur
M. Stefano SECCI Sorbonne Université Rapporteur
M. Tijani CHAHED Télécom SudParis Examinateur
M. Philippe CIBLAT Télécom ParisTech Examinateur
M. Thierry DEFAIX DGA maîtrise de l'information Examinateur
Mme Berna SAYRAC Orange Labs Examinateur

Résumé : 
L'objectif de cette thèse concerne l'allocation des canaux fréquentiels dans les réseaux ad hoc organisés en clusters. Les terminaux du réseau sont assemblés localement en cluster afin de garder les avantages des réseaux ad hoc tout en réduisant la quantité de signalisation nécessaire à son fonctionnement. Dans chaque cluster, un chef de cluster (CH en anglais) est désigné parmi les terminaux dont le rôle est de gérer localement les ressources ainsi que les communications. Un des problèmes concerne l'allocation des bandes de fréquence à chaque cluster pour leur permettre d'opérer correctement. Les fréquences sont une ressource rare ce qui implique que plusieurs clusters sont amenés à utiliser les mêmes et donc à interférer entre eux. De plus, l'allocation de fréquence doit se faire de manière dynamique pour pouvoir s'adapter à la mobilité et aux variations du trafic. Le caractère décentralisé des réseaux ad hoc implique que l'allocation des fréquences doit se faire de manière distribuée. C'est pourquoi, au niveau de chaque cluster le CH décide à chaque instant la bande de fréquence à utiliser et cela sans échanger d'information avec les autres clusters. Le CH base ses décisions sur une fonction d'utilité qui prend en compte des mesures de performance des communications. Ces dernières peuvent être perturbées à cause des diverses variations dynamiques auxquels sont soumis les réseaux ad hoc. Parmi les algorithmes d'apprentissage distribués, nous avons identifié des méthodes basées sur le paradigme ``d'essais erreur'' (TE en anglais) comme des solutions potentielles au problème d'allocation des fréquences. Ces algorithmes ont la particularité d'avoir des propriétés de convergence globale bien que le problème soit non coopératif. Les preuves de convergence de ces algorithmes reposent sur l'analyse de chaînes de Markov dont la dimension croît de manière exponentielle avec la taille du problème. C'est pourquoi l'analyse de leurs performances est un enjeu important que l'on propose de résoudre en réalisant des approximations de ces chaînes dans des cas particuliers. Cela permet de réduire de manière importante la complexité du problème et d'approcher précisément les performances de ces algorithmes. Nous avons montrés théoriquement et numériquement que le principal défaut des approches TE est leur sensibilité aux variations aléatoires de la mesure d'utilité. Dans les systèmes de communication, il est usuel de considérer des phénomènes aléatoires liés aux canaux de propagation (e.g. évanouissements petite et moyenne échelle). Nous avons donc proposé des solutions pour adapter ces algorithmes aux cas où l'utilité serait perturbée par des phénomènes aléatoires. De plus, nous présentons une méthode permettant l'adaptation autonome et dynamique de la solution afin que les algorithmes opèrent dans différents contextes de perturbations. Enfin, dans cette thèse, on étudie de manière plus spécifique l'impact des évanouissements de Rayleigh sur l'utilité en calculant sa densité de probabilité (pdf en anglais). Dans le cas de transmissions OFDM et d'un évanouissement sélectif en fréquence, la forme complexe des fonctions impliquées dans la mesure de l'utilité ne nous permet pas de calculer sa pdf. Par conséquent, nous avons proposé d'approcher le canal par un modèle permettant de poursuivre les calculs numériques nécessaires pour obtenir la pdf. Cette approche permet également de prédire les performances d'une transmission OFDM.

Mots-clés : allocation des ressources,réseau clusturisé,gestion du spectre,,