Opportunistic spectrum allocation for cognitive radios

• Auteur / Autrice : Jean-Christophe Dunat
• Direction : Christian Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accès multiple par répartition en fréquence

Radiofréquences -- Attribution

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Ofdm

Spectre fréquence

Résumé

L’utilisation de technologies sans fil ne cesse de s'accroitre depuis quelques années or plusieurs pays souffrent déjà d'une ''pénurie de spectre radio''. Il est urgent de redéfinir la politique d'allocation et d'utilisation du spectre radio. Plusieurs campagnes de mesures ont montré que le spectre alloué n'est pas utilisé partout et tout le temps, laissant donc apparaitre des ''trous dans le spectre''. Pour permettre une viabilité réelle de nouvelles règles de régulation, de nouveaux algorithmes de partage du spectre entre les utilisateurs et les systèmes radios sont nécessaires. Dans cette thèse, nous proposons des algorithmes innovants d'allocation dynamique du spectre. Les scénarios envisagés sont constitués de plusieurs utilisateurs (utilisant des radios cognitives) se partageant l'accès à plusieurs canaux radios de façon opportuniste. Nous proposons un nouvel algorithme d'accès radio pour la couche MAC, et réservant des ressources radio pour la voie montante. Cet algorithme peut être utilisé pour des systèmes basés sur l'OFDM (Ex. : réseaux locaux sans fil). Dans notre algorithme (basé sur de l'OFDMA), les utilisateurs collaborent pour négocier l'accès à plusieurs ressources radio, en utilisant un mécanisme de contention distribué et collaboratif. Nous utilisons une adaptation de la méta heuristique d'''intelligence en essaim'' inspirée des insectes sociaux. Cela confère à notre méthode : flexibilité, robustesse et scalabilité, dans l'allocation spectrale. Nos résultats montrent le potentiel de telles méthodes collaboratives et distribuées pour résoudre le problème de l'allocation flexible de spectre pour les prochaines générations de systèmes sans fil.

The demand for wireless technologies has constantly been increasing since a few years. However, several countries already suffer from radio ''spectrum scarcity''. As a consequence, defining new rules of spectrum allocation and use is becoming of major importance. Several measurements campaigns have shown that the allocated spectrum is not used all the time and everywhere, giving rise to ''spectrum holes''. In addition, new algorithms of spectrum allocation between users and radio systems are required. In this thesis, our objective is to propose innovative algorithms of dynamic spectrum allocation. The simulated scenarios are composed of several users (using cognitive radios : ''intelligent'' user equipments) negotiating their access to a shared radio resource made of several channels. We propose a new radio access algorithm operating at the MAC layer, and achieving an uplink spectrum reservation for the users. This algorithm can be used for OFDM-based systems (E. G. : WLAN networks). Following our algorithm (based on OFDMA), the users collaborate to negotiate their radio access by using a distributed and collaborative contention-based mechanism. The algorithm uses an adaptation of the ''swarm intelligence'' meta-heuristic inspired from social insects. This method brings flexibility, robustness and scalability to spectrum allocation. Our results show the real potential of such collaborative and distributed methods to solve the problem of flexible spectrum allocation applied to the next generations of wireless systems.