Optimisation de la Topologie des Réseaux Sans Fils

par Philippe Ezran

Thèse de doctorat en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Mérouane Debbah et de Yoram Haddad.

Soutenue le 23-01-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec CentraleSupélec (2015-....) (établissement opérateur d'inscription) et de Large Networks and Systems Group (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Claude Belfiore.

Le jury était composé de Elena Veronica Belmega, Tijani Chahed, Paul Mühlethaler.

Les rapporteurs étaient Eitan Altman, Jean-Marie Gorce.


  • Résumé

    L'industrie des télécommunications sans fil fait actuellement face à une croissance considérable pour des débits toujours plus hauts, stimulée par le développement des services mobiles de données. Ce développement rend le spectre disponible de plus en plus rare et nécessite des solutions afin d'optimiser l'usage de ses ressources limitées.Le principal défi auquel les réseaux sans fils font face est de maximiser la disponibilité, la résilience et la qualité de service, tout en minimisant les coûts et en assurant entre les utilisateurs une allocation de ressources équitable. Cette thèse tente de présenter des solutions à ces problèmes et se focalise sur trois thèmes.Sur le premier thème, le but est de trouver la topologie en anneau qui optimise la disponibilité. Il est montré que les algorithmes développés dans le cadre de la théorie des graphes peuvent être utilisés de manière efficace pour définir en temps polynomial la topologie en anneau optimale si les anneaux sont petits (deux nœuds en plus du nœud d'agrégation). Pour les anneaux plus grands, le problème est NP-hard.Le deuxième thème concerne la polarisation. Nous proposons une solution innovante qui peut améliorer efficacité spectrale jusqu'à 50% par comparaison avec l'état de l'art. Le paradigme proposé introduit de nouvelles perspectives au sujet de l'optimisation de la topologie et de l'allocation de canal.Le troisième thème concerne l'allocation de ressources. Nous remettons en question l'approche présente, basée sur l'optimisation de l'efficacité du réseau. Nous montrons que cette approche est similaire au modèle d'utilité espérée de Bernoulli, qui a été réfuté par les paradoxes d'Allais. C'est pourquoi nous introduisons le concept d'aversion au manque d'équité et considérons la question d'allocation de ressources comme un compromis entre efficacité du réseau et équité.

  • Titre traduit

    Topology Optimization of Wireless Networks


  • Résumé

    The wireless telecommunication sector is presently facing a tremendous growth of demand for higher data rates, driven by the development of mobile data services. This development makes the available spectrum scarcer and scarcer and requires solutions in order to optimize the use of its limited resources.The main challenge wireless networks are facing is to maximize availability, resiliency and Quality of Service, while minimizing costs and ensuring fair resource allocation among users.The present thesis will try to present solutions to these issues and will focus on three topics.On the first topic, the purpose is to find the ring-based topology which optimizes availability. It will be shown that algorithms which have been developed in the field of graph theory can be used efficiently to define in polynomial time the optimal ring network topology if the rings are small (two nodes in addition to the aggregation node). For bigger rings, the problem will be NP-hard. The second topic deals with polarization. We propose an innovative solution which can improve spectral efficiency in wireless ring networks by up to 50% in comparison with the state of the art. The proposed paradigm brings new perspectives regarding topology optimization and channel allocation.The third topic deals with resource allocation. We question the present approach based on optimization of network effciency. We show that this approach is similar to Bernoulli's expected utility model, which has been disproved by Allais' paradoxes. For this reason, we introduce the concept of unfairness aversion and consider the question of resource allocation as a trade-off between network efficiency and fairness.


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