Opportunistic spectrum usage and optimal control in heterogeneous wireless networks

par Mohammed Raiss El Fenni

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Philippe Michelon et de Rachid El-Azouzi.

Soutenue le 12-12-2012

à Avignon en cotutelle avec l'Université Mohammed V-Agdal (Rabat, Maroc ; 1993-2014) , dans le cadre de École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon) .

Le président du jury était El-Houssine Bouyakhf.

Le jury était composé de Khalil Ibrahimi, Mohamed El Kamili.

Les rapporteurs étaient Mohammed Elkoutbi, Mohamed Majid Himmi, Salaheddine El Ayoubi.

mots clés

• Radio cognitive
• Réseaux tolérants au délai
• Processus de décision markovien
• Théorie des jeux
• Systèmes de télécommunications
• Systèmes de communication sans fil
• Théorie des jeux

Titre traduit

Accès opportuniste au spectre et contrôle optimal dans les réseaux sans fil hétérogènes

Résumé

Durant cette thèse l’objectif été d’améliorer la manière d'utiliser la précieuse bande passante, qui est gaspillée à cause de la sous-utilisation des réseaux sans fil. Nous étions particulièrement intéressés à toutes les ressources qui peuvent être utilisées de façon opportuniste en utilisant différentes technologies. Nous avons conçu de nouveaux modèles pour une utilisation meilleure et plus efficace des systèmes sans fil. Dans ce sens nous nous sommes focalisés sur les réseaux de communication cognitifs dans la première partie, où un fournisseur de service cellulaire peut louer une partie de ses ressources à des utilisateurs secondaires ou des fournisseurs virtuels. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux réseaux tolérants au délai comme étant une alternative à l’augmentation importante de la charge de trafic dans le réseau cellulaire. Dans les régions où l'implémentation d'infrastructures réseaux est géographiquement difficile, l'utilisation des réseaux ad-hoc semble une solution adéquate. En effet, nous avons développé dans la dernière partie, une nouvelle modélisation analytique du protocole IEEE 802.11e utilisé dans ce type de réseaux

mots clés

• Cognitive radio
• DTN
• POMDP
• Game theory

Résumé

The present dissertation deals with how to use the precious wireless resources that are usually wasted by under-utilization of networks. We have been particularly interested by all resources that can be used in an opportunistic fashion using different technologies. We have designed new schemes for better and more efficient use of wireless systems by providing mathematical frameworks. In the first part, We have been interested in cognitive radio networks, where a cellular service provider can lease a part of its resources to secondary users or virtual providers. In the second part, we have chosen delay-tolerant networks as a solution to reduce the pressure on the cell traffic, where mobile users come to use available resources effectively and with a cheaper cost. We have focused on optimal strategy for smartphones in hybrid wireless networks. In the last part, an alternative to delay-tolerant networks, specially in regions that are not covered by the cellular network, is to use Ad-hoc networks. Indeed, they can be used as an extension of the coverage area. We have developed a new analytical modeling of the IEEE 802.11e DCF/EDCF. We have investigated the intricate interactions among layers by building a general cross-layered framework to represent multi-hop ad hoc networks with asymmetric topology and traffic