Conception d’un simulateur et de protocoles cross-layer pour les nanoréseaux électromagnétiques denses

Design of a simulator and cross layer protocols for dense electromagnetic nanonetworks

• Auteur / Autrice : Thierry Arrabal
• Direction : Eugen Dedu, Dominique Dhoutaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/11/2019
• 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 : Isabelle Guérin-Lassous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eugen Dedu, Dominique Dhoutaut, Isabelle Guérin-Lassous, Ye-Qiong Song, André-Luc Beylot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ye-Qiong Song, André-Luc Beylot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Nanoréseaux (informatique)

Mots clés libres

Informatique

Transport protocol

Nanoréseaux

Nanoréseaux électromagnétiques

Couche transport

Congestion

Simulation

Computer science

Transport protocol

Nanonetwork

Electromagnetic nanonetworks

Transport layer

Congestion

Simulation

Résumé

La miniaturisation des équipements mène à l'apparition de machines de taille nanométrique. Ces nanomachines ont des ressources très limitées. Une modulation spécifique aux antennes nanométriques a été proposée dans la littérature. Elle est basée sur des pulses très courts (100 fs) et un grand espacement entre ces pulses. Il en résulte un canal à la bande passante très élevée (plusieurs Tb/s) avec un important multiplexage temporel.Les travaux menés durant cette thèse ont permis le développement d'algorithmes et de protocoles adaptés à cet environnement nouveau et très différents des environnements standards. Les contributions apportées concernent plusieurs couches réseau : une méthode d'endormissement qui tient compte des spécificités des communications par pulse et des échelles de temps impliquées; un protocole d'estimation du nombre de voisins capable de gérer un large panel de densités. Un protocole de diffusion de données counter-based qui réduit drastiquement le nombre de forwardeurs tout en conservant une très forte couverture; enfin, un algorithme de déviation de route visant à détecter et à contourner des points de congestion. Les nanomachines n'ont pas encore été fabriquées, et nos problématiques concernent un très grand nombre de noeuds communicants ce qui peut induire des comportements émergeant difficiles à modéliser mathématiquement. Par conséquent, nous avons choisi de nous tourner vers la simulation et nous avons développé un simulateur spécialement conçu pour les nanoréseaux.

The miniaturization of equipments leads to the arrival of nano-sized machines. These nanomachines have very limited resources. A specific modulation for nanometric antennas has been proposed in the literature. It is based on very short pulses (100 fs) and a large spacing between these pulses. This leads is to a channel with a very high bandwidth (several Tb/s) and a high time multiplexing. The work carried out during this thesis allowed the development of algorithms and protocols adapted to this new environment and very different from standard environments. The contributions made concern several network layers. A sleep method that takes into account the specificities of pulse communications and the time scales involved; a protocol for estimating the number of neighbours capable of managing a wide range of densities; a counter-based data dissemination protocol that signicantly reduces the number of forwarders while maintaining very high coverage; finally, a path deviation algorithm to detect and bypass congestion points. Nanomachines have not been built yet, and our problems concern a very large number of communicating nodes, which can lead to emerging behaviours that are difficult to model mathematically. For all reasons, wh have chosen to turn to simulation. To do this, we have developed a simulator specially designed for nanonetworks.