Communications coopératives pour les réseaux ad hoc sans fil

par Nadia Fawaz

Thèse de doctorat en Électronique et communications

Sous la direction de Mérouane Debbah et de David Gesbert.

Soutenue en 2008

à Paris, ENST .


  • Résumé

    Les réseaux ad hoc sans fil ont reçu une attention considérable due à leurs applications militaires et commerciales. Les limites théorique et pratique des performances des réseaux ad hoc denses dévoilées récemment ont révélé le besoin de techniques alternatives pour améliorer leurs performances, principalement limitées par l’interférence. Cette thèse traite la problématique suivante : comment améliorer la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil grâce à des techniques plus avancées à la couche physique ? Dans un premier temps, les facteurs de la couche physique impactant les performances des réseaux ad hoc denses sont présentés. On montre notamment comment les antennes directionnelles ou la gestion du nombre et de la position des relais permettent d’améliorer le débit. Puis l’attention est portée vers les réseaux dont les nœuds sont dotés de capacités de coopération. Les réseaux avec un petit nombre de nœuds sont d’abord considérés et des techniques améliorant l’efficacité spectrale sont proposées. Ces stratégies coopératives permettent une meilleure utilisation de la ressource sans fil grâce à la relaxation d’orthogonalité et au codage Dirty Paper. Enfin la coopération est introduite dans les réseaux à haute densité de nœuds par une approche de clusters coopératifs. A l’aide de la théorie des matrices aléatoires et des probabilités libres, la capacité asymptotique est analysée quand la densité de nœuds augmente. Cette thèse montre que la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil denses peut être améliorée, à condition que les nœuds soient dotés de capacités de coopération à la couche physique et que les stratégies coopératives soient conçues efficacement.

  • Titre traduit

    Cooperative communications for wireless ad hoc networks


  • Résumé

    Wireless ad hoc networks received significant attention because of their defense and commercial applications. Most research on ad hoc networks focused on routing protocols. However, the theoretical and practical limits of the performance of dense ad hoc networks recently unveiled, revealed the need for alternative techniques to improve the interference-limited performance of dense ad hoc networks. In this thesis, we address the following issue: how can the link-capacity performance in wireless ad hoc networks be improved through the use of more advanced physical layer techniques? We first introduce the physical layer factors that impact the performance of dense ad hoc networks. In particular, we show how the throughput can be improved by using directive antennas, or by managing the number and position of relays. Then, we turn our attention to ad hoc networks in which nodes are empowered with cooperative capabilities. We first consider networks with a small number of nodes and propose techniques to improve spectral efficiency. The proposed cooperative strategies make more efficient use of the wireless resource by combining orthogonality-relaxation and dirty paper coding. Finally, networks with a high density of nodes are examined and cooperation is introduced through a cooperative-clustering approach. Using tools from random matrix and free probability theory, we analyze the asymptotic capacity of the system when the node density increases. This thesis shows that the link-capacity performance of dense wireless ad hoc networks can be improved as long as nodes are empowered with cooperative capabilities at the physical layer, and cooperative strategies are properly designed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIV-164 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 103 réf. bibliogr. Résumé en anglais. Résumé étendu en français

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 8.713 FAWA
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