Data gathering in radio networks

• Auteur / Autrice : Patricio Alejandro Reyes Valenzuela
• Direction : Jean-Claude Bermond, Hervé Rivano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie des graphes

Optimisation combinatoire

Algorithmes

Radio -- Interférence

Radiocommunications mobiles

Résumé

Cette thèse concerne l’étude de l’algorithmique et de la complexité des communications radio. En particulier, nous nous sommes intéressés au problème de rassembler les informations des sommets d’un réseau radio en nœud central. Ce problème est motivé par une question de France Telecom (Orange Labs) : « comment amener Internet dans les villages ». Les sommets représentent les maisons des villages qui communiquent entre elles par radio, le but étant d’atteindre une passerelle connectée à Internet par une liaison satellite. Le même problème se rencontre dans les réseaux de senseurs où il s’agit de collecter les informations des senseurs dans une station de base. Une particularité des réseaux radio est que la distance de transmission est limitée et que les transmissions interfèrent entre elles (phénomènes d’interférences). Nous modélisons ces contraintes en disant que deux sommets (équipements radio) peuvent communiquer s’ils sont à distance au plus dT et qu’un nœud interfère avec un autre si leur distance est au plus dI. Les distances sont considérées dans un graphe représentant le réseau. Une étape de communication consistera donc en un ensemble de transmissions compatibles (n’interférant pas). Notre objectif est de trouver le nombre minimum d’étapes nécessaires pour réaliser un tel rassemblement et de concevoir des algorithmes réalisant ce minimum. Pour des topologies particulières comme le chemin et la grille, nous avons établi des résultats optimaux ou quasi optimaux. Nous avons aussi considéré le cas systolique (ou continu) où on veut maximiser le débit offert à chaque nœud.

This thesis concerns the study of the algorithmic and the complexity of the communication in radio networks. In particular, we were interested in the problem of gathering information from the nodes of a radio network in a central node. This problem is motivated by a question of France Telecom (Orange Labs) “How to bring Internet in villages”. Nodes represent the houses of the villages which communicate between them by radio, the goal being to reach a gateway connected to Internet by a satellite link. The same problem can be found in sensor networks where the question is to collect data from sensors to a base station. A peculiarity of radio networks is that the transmission distance is limited and that the transmissions interfere between them (interference phenomena). We model these constraints by saying that two nodes (radio devices) can communicate if they are at distance at most dT and a node interferes with another one if their distance is at most dI. The distances are considered in a graph representing the network. Thus, a communication step will consist in a compatible (non interfering) set of transmissions. Our goal is to find the minimum number of steps needed to achieve such a gathering and design algorithms achieving this minimum. For special topologies such as the path and the grid, we have proposed optimal or near optimal solutions. We also considered the systolic (or continuous) case where we want to maximize the throughput (bandwidth) offered to each node.