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Un cadre économique pour le routage et l'allocation de canaux dans les réseaux maillés sans fil avec la radio cognitive

Mossanen Amini, Réza (2013). Un cadre économique pour le routage et l'allocation de canaux dans les réseaux maillés sans fil avec la radio cognitive. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les réseaux maillés sans fil avec la radio cognitive sont constitués des routeurs de maille avec la capacité cognitive qui sont interconnectés entre eux par des liaisons sans fil permettant l’acheminement du trafic en relais et certains d’entre eux jouent le rôle de passerelle afin d’accéder au réseau internet. La capacité cognitive est une manière économique pour augmenter la bande passante disponible, mais elle nécessite un mécanisme de gestion adaptative de bande passante pour faire face aux dynamiques des activités des utilisateurs primaires.

Dans cette thèse, nous modélisons les opérations conjointes d'allocation des canaux et le routage des connexions des usagers secondaires (sans licence d’accès) dans les réseaux maillés sans fil avec la radio cognitive. Le processus d'allocation des canaux inclut les opportunités de réutilisation des canaux afin d’améliorer la performance du réseau. On définit un cadre économique pour l'adaptation et le contrôle des ressources du réseau qui nous permet l’intégration du processus de routage avec celui d’allocation de canaux avec le but de la maximisation du profit du réseau. Le cadre économique est basé sur la notion du prix caché dépendant de l’état du noeud qui est dérivée de la théorie de la décision de Markov en mode décomposé. Les prix cachés des noeuds sont utilisés comme les métriques de routage tandis que leurs valeurs moyennes sont utilisées pour allouer des canaux parmi les différents noeuds. Le déploiement de ce modèle décomposé possède l’avantage d’implémentation décentralisée des processus utilisés dans le cadre économique qui permet leurs exécutions en temps réel.

Les routages des connexions des usagers secondaires sont réalisés sans endommager les transmissions des usagers primaires et sans créer de l’interférence avec les transmissions d’autres usagers secondaires. Les canaux cognitifs sont utilisés de manière opportuniste et l’accès prioritaire de l’usager primaire dans sa bande de fréquence (son canal) est modélisé par la préemption. Les connexions d’usagers secondaires sont considérées homogènes et nous abordons uniquement l'adaptation de capacité à court terme dans lequel le nombre de canaux disponibles au réseau est constant et par ailleurs nous présumons aussi qu'il y a toujours un nombre suffisant d'interfaces radio lorsque les canaux sont réaffectés aux noeuds.

Les résultats sont portés sur les deux cas de non-réutilisation et de réutilisation des canaux et pour chaque cas la performance obtenue confirme le modèle théorique d’optimisation présenté dans les chapitres correspondants. Par ailleurs, deux approches heuristique et analytique de calcul de la capacité sont comparées manifestant les mêmes performances.

Les résultats de simulation illustrent la maximisation du profit du réseau et l'efficacité du schéma d'allocation des canaux proposé qui est intégré avec l'algorithme de réutilisation des canaux.

Titre traduit

An economic framework for routing and channel allocation in cognitive wireless mesh networks

Résumé traduit

The wireless mesh network with cognitive radio are formed with mesh routers with cognitive ability which are interconnected by wireless links enabling to relay the traffic and some of them act as a gateway to access the Internet. The cognitive ability is a cost efficient manner to increase available bandwidth but requires an adaptive bandwidth management mechanism to deal with dynamics of primary users’ activities.

In this thesis, we model the joint operation of channel allocation and routing of the secondary users (without license access) connections in wireless mesh networks with cognitive radio. The process of channel allocation includes the channel reuse opportunities to improve the network performance. We define an economic framework for adaptation and control of network resources that allows us to integrate the routing process with the process of channel allocation with the goal of network profit maximization. The economic framework is based on the notion of state dependent node shadow price that is derived from Markov decision theory in decomposed mode. The node shadow prices are used as routing metrics while their average values are used to allocate the channels among the different nodes. The deployment of this decomposed model has the advantage of decentralized implementation of the processes used in the economic framework enabling their real time executions.

The routing of the secondary users connections are made without damaging the transmission of primary users and without creating any interference with transmissions from other secondary users. Cognitive channels are used opportunistically and priority access of the primary user in its frequency band (its channel) is modeled by preemption. Secondary users connections are considered homogeneous and we address only the short term capacity adaptation in which the number of available channels in the network is constant we also assume that there is always sufficient number of radio interfaces when channels are reassigned to nodes.

The results are given for both ‘no channel reuse’ and ‘channel reuse’ cases and in each case the performance obtained confirms the theoretical optimization model presented in the corresponding chapters. In addition, both heuristic and analytic approaches of capacity calculation are compared showing the same performance. The simulation results illustrate the maximization of network profit and the effectiveness of the proposed channel allocation scheme that is integrated with channel reuse algorithm.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 91-96.
Mots-clés libres: Réseaux maillés (Informatique) Radio cognitive. Routage (Gestion des réseaux d'ordinateurs) Processus de Markov. Théorie de la décision. allocation, canal, économique, modèle, réutilisation, réutilisation des canaux, réseaux maillés sans fil.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dziong, Zbigniew
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 18 nov. 2013 17:15
Dernière modification: 10 mars 2017 20:25
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1217

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