Spectrum resource assignment in cognitive radio sensor networks for smart grids

par Sabrine Aroua

Thèse de doctorat en Informatique et applications

Soutenue le 11-07-2018

à La Rochelle , dans le cadre de École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....) , en partenariat avec Laboratoire Informatique, Image, Interaction (La Rochelle) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Allocation des ressources spectrales dans les réseaux de capteurs à radio cognitive pour les smart grids


  • Résumé

    Avec le développement des technologies de communication sans fil, les réseaux de capteur à radio cognitive (CRSNs) représentent une solution efficace pour le déploiement des réseaux électriques intelligents, connus aussi sous le nom de smart grids. La technologie de radio cognitive permet aux nœuds capteurs d’utiliser les bandes de fréquences non utilisées par des utilisateurs avec licence afin de contourner les limitations des bandes de fréquences sans licence. Dans ce contexte, plusieurs problèmes de communication freinent le déploiement des CRSNs pour les smart grids tel que la coexistence de différentes applications électriques ainsi que l’hétérogénéité des disponibilités des bandes de fréquence avec licence entre les nœuds capteurs. Les travaux de recherche menés dans cette thèse se focalisent essentiellement sur l’allocation des ressources spectrales pour les CRSNs déployés pour contrôler des smart grids. Nous proposons des nouvelles techniques d’allocation de ressources spectrales qui prennent en considération des topologies de déploiement possibles des CRSNs dans les smart grids tout en assurant d’une manière distribuée l’équité entre les nœuds capteurs déployés. Tout au long de notre travail, l’allocation des canaux est effectuée sans faire appel à un canal de contrôle en commun pour le partage des messages de contrôle avant chaque accès au spectre. L'évaluation de performances des différentes solutions développées montre qu'elles réalisent effectivement une allocation opportuniste des ressources spectrales d’une manière distribuée et équitable tout en considérant différentes caractéristiques du système sous-jacent aux réseaux électriques intelligents.


  • Résumé

    With the advances in wireless communication technologies, cognitive radio sensor networks (CRSNs) stand as an efficient spectrum solution in the development of intelligent electrical power networks, the smart grids. The cognitive radio (CR) technology provides the sensors with the ability to use the temporally available licensed spectrum in order to escape the unlicensed spectrum resource scarcity problem. In this context, several challenging communication issues face the CRSN deployment for smart grids such as the coexistence of different electrical applications and the heterogeneous opportunities to access available licensed channels between smart grid sensors. The work conducted in this thesis focuses on spectrum resource allocations for CRSNs in smart grids. We concentrate our efforts on the development of new spectrum resource sharing paradigms for CRSNs in smart grids. The developed solutions focus on distributed and balanced spectrum sharing among smart grid sensors and on eventual CRSN deployment scenarios in smart grid areas. All along the thesis, channels are assigned without relying on a predefined common control channel (CCC) to exchange control messages before each spectrum access trial. All along the thesis, channels are assigned without relying on a predefined common control channel (CCC) to exchange control messages before each spectrum access trial. Performance evaluation of the different proposed channel assignment solutions shows their ability to achieve a distributed and fair opportunistic spectrum assignment in a way to consider different smart grid system characteristics.


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