Thèse soutenue

Communications Coopératives pour réseaux Multi-Sources Multi-Relais
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Auteur / Autrice : Ali Alkhansa
Direction : Yezekael HayelRaphaël Visoz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 17/01/2023
Etablissement(s) : Avignon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire informatique d'Avignon
Jury : Président / Présidente : Elena Veronica Belmega
Examinateurs / Examinatrices : Tijani Chahed, Samson Lasaulce
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Le Ruyet, Jean-Pierre Cances

Résumé

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Afin de répondre aux besoins des réseaux 5G permettant la coexistence de services hétérogènes au sein d'une même réseau, nous cherchons à améliorer l'efficacité spectrale. La communication coopérative est l'une des principales technologies de la couche physique qui vise à optimiser l'efficacité spectrale. Le concept consiste à utiliser les ressources partagées, et les informations des utilisateurs pour améliorer les processus de transmission et de réception. On considère un réseau orthogonal à accès multiple et à relais multiples, dans lequel au moins deux sources communiquent avec une seule destination à l'aide d'au moins deux nœuds relais. L'orthogonalité est obtenue en utilisant le multiplexage par répartition dans le temps et de relais sont supposés être en semi-duplex alors que toutes les liaisons subissent un affaiblissement lent du signal. La destination est le nœud central où les différentes allocations sont effectuées. Dans une phase d'initialisation, un algorithme d'adaptation de lien est exécuté où différentes ressources sont allouées aux sources. Puis, la transmission d'une trame est divisée en deux phases. Dans la première phase, les sources transmettent à tour de rôle dans des tranches de temps consécutives. Dans la deuxième phase, la destination programme le(s) nœud(s) relais pour transmettre les redondances. D'abord, le problème de LA dans la phase d'initialisation est considéré. En raison de la complexité de l'approche de recherche exhaustive, des algorithmes séquentiels sont proposés. Les algorithmes présentés visent à maximiser l'efficacité spectrale moyenne sous des objectifs individuels de qualité de service pour une famille de schémas de modulation et de codage donnée. Les algorithmes sont applicables dans des scénarios de conditions radio changeant lentement ou rapidement. Les débits sont d'abord initialisés, puis une étape de correction itérative du débit est appliquée. L'ordonnancement et les algorithmes qui en résultent se rapprochent des performances de la limite supérieure, comme le démontrent les simulations de Monte-Carlo (MC). Deuxièmement, on a considéré la conception de stratégies de sélection de nœuds relais qui déterminent quels nœuds relais sont activés à chaque slot temporel dans la phase de retransmission. Plutôt que de sélectionner un seul nœud relais pour aider un nœud source à un intervalle de temps de retransmission donné, les stratégies d'ordonnancement proposées attribuent une source à plusieurs nœuds relais. Un tel schéma de retransmission est appelé retransmission parallèle, car les différents nœuds relais retransmettent en parallèle. Les résultats numériques montrent que ces stratégies sont plus performantes que les stratégies de l'art antérieur qui sont basées sur la retransmission unique. Troisièmement, un algorithme d'allocation conjointe est présenté en supposant la présence de l'information complète sur l'état du canal du côté de la destination. Plutôt que de résoudre séparément le problème de LA et le problème d'ordonnancement des nœuds relais, une méthode d'allocation conjointe optimale est proposée. La stratégie conjointe présentée s'appuie sur le fait que pour une décision d'ordonnancement donnée, il existe une allocation de taux optimale. Les simulations MC valident l'importance de la stratégie d'allocation conjointe qui surpasse les allocations non conjointes.Enfin, les futurs travaux et d'autres directions d’études possibles sont présentés. Plus précisément, l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage en ligne pour l'allocation de debits est envisagée. Une autre direction présentée est la généralisation du réseau considéré à d'autres scénarios d'orthogonalité où le multiplexage dans le domaine des fréquences est envisagé. D'autres défis ouverts pour le MAMRN sont de considérer des antennes multiples au niveau du nœud de destination, d'étudier des systèmes non centralisés où des jeux sont observés, et d'étudier les méthodes nécessaires dans le MAMRN non orthogonal.