Gestion des ressources radio dans les nanoréseaux Térahertz

Radio resources management for Terahertz nanonetworks

• Auteur / Autrice : Lina Aliouat
• Direction : Julien Bourgeois, Hakim Mabed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Noël
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Bourgeois, Hakim Mabed, Thomas Noël, Nadir Hakem, Isabelle Guérin-Lassous
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadir Hakem, Isabelle Guérin-Lassous

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement terahertz

Nanoréseaux (informatique)

Mots clés libres

Les nanoréseaux

Réseaux dense

La couche Réseaux

Bande Terahertz

Canal de contrôle

Nanonetworks

Dense network

Network layer

Terahertz band

Control channel

Résumé

Wireless Nano Network (WNN) est un réseau ad hoc sans fil composé d'un grand nombre de nœuds submillimétriques appelés nano nœuds. La taille des dispositifs fait de la bande Térahertz (0,1–10 THz) un candidat approprié pour prendre en charge la communication sans fil entre nano nœuds.Les limitations intrinsèques de nano nœuds (l'énergie, la mémoire, la portée de communication, et la capacité de calcul) et la perte sévère de chemin de la communication en bande Térahertz, imposent aux protocoles WNN de s'adapter à ces exigences strictes et représentent un défi pour la communication (bien au-dessous d'un mètre) entre les nano nœuds et les performances globales du réseau.Dans cette thèse, nous avons étudié différentes options pour améliorer les couches inférieures du réseau (protocoles d'accès et protocoles de routage) pour le WNN Terahertz. Tout d'abord, nous avons proposé un nouveau protocole d'accès à base d'impulsions Térahertz (SDMA-TSOOK) qui permet d'équilibrer l'accès radio sur les nano nœuds actifs tout en réduisant les risques de co-canal et de collision. Le protocole SDMA-TSOOK est ensuite comparé aux protocoles les plus pertinentes telles que : TSOOK, RD-TSOOK et SRH-TSOOK.Nous avons également proposé trois protocoles de couche réseau 2,5 pour réduire la densité de la topologie physique des nanoréseaux. En effet, la forte concentration de nano noeuds augmente le nombre de liaisons de communication directes. Il est donc important de réduire efficacement le nombre de liens directs afin de réduire les effets d'inondation et la complexité du routage. Premièrement, Nous avons proposé un protocole pour convertir la topologie physique du réseau en topologie graphique directe où les nœuds voisins directs de chaque nœud sont réduits à un sous-ensemble de ses voisins physiques. Nous avons également étudié une approche de régulation du trafic basée sur les groupes de nano nœuds au sein d'un nanoréseau Terahertz. Dans ce cas, la topologie physique du réseau est réduite à une topologie basée sur la hiérarchie qui permet d'éviter les réceptions multiples et les effets de boucles.Enfin, nous avons élargi nos travaux à l'étude des protocoles de routage dans les nanoréseaux ultra denses. Nous avons montré que les solutions de routage classiques et ad hoc dédiées aux nanoréseaux sont inefficaces pour les nanoréseaux ultra denses, en particulier lorsque le déploiement du nanoréseau présente des distorsions et des côtés concaves. Nous avons alors proposé un protocole de routage proactif multi-relais à multi-relais qui prend en compte le niveau d'énergie résiduelle des nano noeuds et la fiabilité des chemins de routage.

Wireless NanoNetwork (WNN) is a wireless ad hoc network composed of a high number of sub-millimetric nodes called nanonodes. The size of the devices makes the Terahertz band (0.1–10 THz) a suitable candidate for supporting the wireless communication between nanonodes.The intrinsic limitations of nanonodes (energy, memory, communication range, and computation capacity) and the severe path loss of Terahertz band communication, impose WNN protocols to be adapted to these stringent requirements and represent a challenge to the communication (much below one meter) among nanonodes and the overall network performance.In this thesis, we studied different options for improving the lower networking layers (access protocols, and routing protocols)for Terahertz WNN. First, we proposed a new Terahertz pulse-based access protocol (SDMA-TSOOK) that allows to balance the radio access over the active nanonodes while reducing the co-channel and collision risks. The SDMA-TSOOK protocol is then compared with the most relevant methods such as : TSOOK, RD-TSOOK and SRH-TSOOK.We proposed three 2.5 networking layer protocols for reducing the density of the nanonetwork physical topology. Indeed, the high concentration of nanonodes increases the number of direct communication links. Therefore, it is important to reduce smartly the number of direct links to reduce the flooding effects and the routing complexity. First, We proposed a protocol to convert the physical topology of the network into directed-graph topology where the direct neighboring nodes of each node is reduced to a subset of its physical neighbors. We also studied cluster-based traffic regulation approach for Terahertz nanonetwork. In this case, the physical topology of the network is reduced to a hierarchical based topology that allows to prevent multiple receptions and loops effects.Finally, We extend our work, to the study of routing protocols in ultra dense nanonetworks. We have shown that classical and dedicated ad hoc nanonetwork routing solutions are inefficient for ultra dense nanonetwork, particularly, when the nanonetwork deployment presents distortions and concave sides. We proposed then a proactive multirelay to multirelay routing protocol that takes into account the residual energy level of the nanonodes and the reliability of the routing paths.