Étude de relais multi-mode sous contrainte d'énergie dans un contexte de radio logicielle

Study of multi-mode relay under energetic constraints in the context of software radio

• Auteur / Autrice : Cédric Lévy-Bencheton
• Direction : Tanguy Risset, Guillaume Villemaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 28/06/2011
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CITI - Centre d'Innovation en Télécommunications et Intégration de services (Lyon, INSA)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Allard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tanguy Risset, Guillaume Villemaud, Bruno Allard, Olivier Sentieys, Laurent Clavier, Cyril Decroze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Sentieys, Laurent Clavier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radio logicielle

Mots clés libres

Télécommunications

Radiocommunications

Radio logicielle

Autonomie d'énergie

Relais multi-modes

Multi-antennes

Telecommunications

Radiocommunications

Software defined Radio

Autonomous Energy

Multi-mode Relay

Multi-antennas

Résumé

La réduction d’énergie apparaît comme un besoin crucial dans les télécommunications modernes, tant au niveau des terminaux que des réseaux. Dans les réseaux modernes, un terminal peut se connecter à Internet via d’autres terminaux ou infrastructures à proximité, appelés relais. Bien que les relais offrent une solution intéressante pour limiter la puissance de transmission des terminaux, il n’est pas simple de garantir une réduction de la consommation d’énergie globale. Il devient alors nécessaire de développer des outils pour évaluer et quantifier la consommation d’énergie. Un terminal moderne dispose de plusieurs interfaces de communications, ce qui lui permet d’utiliser plusieurs standards. Sachant qu’un standard dispose de différents modes de communications, un terminal est multi-mode lorsqu’il possède cette capacité à communiquer sur les différents standards et modes disponibles. Nous nous sommes alors intéressés à l’utilisation du multi-mode dans le cadre des relais. Nous nous positionnons dans un contexte de radio logicielle, où la couche physique d’un terminal est représentée par des blocs programmables, ce qui facilite l’implémentation du multi-mode. Afin d’estimer la consommation d’énergie d’une radio logicielle, nous avons calculé la complexité algorithmique pour les couches physiques du 802.11g (ou Wi-Fi), de l’UMTS et du 802.15.4 (ou Zigbee). Dans cette thèse, nous avons développé des outils nous permettant d’évaluer l’intérêt d’un relais multi-mode dans la réduction d’énergie. Nous avons proposé un modèle d’énergie réaliste pour le multi-mode, qui prend en compte la couche d’accès au medium des protocoles considérés. Dans un but de réalisme accru, nous avons implémenté le multi-mode au sein de WSNet, un simulateur réseau précis, grâce auquel nous avons déterminé les paramètres ayant un impact sur la consommation d’énergie. Puis, nous avons proposé et validé des stratégies permettant de minimiser l’influence de ces paramètres.

Energy reduction appears as a crucial need in modern telecommunications, be it for the terminals or the network. In modern networks, a terminal can connect to the Internet through other terminals or infrastructures in their proximity, called relays. Even though these relays appear as an interesting solution by limiting the terminals transmission power output, the reduction of energy consumption is not a simple task to ensure. Hence, it becomes necessary to develop adapted tools in order to evaluate and quantify the energy consumption. A modern terminal features several communication interfaces, which allows it to use different standards. With each standard featuring different communication modes, a multi-mode terminal has the capacity to communicate on these different modes and standard available. Hence, we have been studying how this multi-mode property can lead to energy reduction in combination with relaying. Our study is realized in the context of software defined radio, in which the physical layer is represented by programmable software blocks. Thus, software defined radio allows an eased implementation of multi-mode. In order to estimate the energy consumption of a software defined radio, we have evaluated the algorithmic complexity for the physical layers of the following standards : 802.11g (or Wi-Fi), UMTS and 802.15.4 (or Zigbee). In this thesis, we have developed the tools to evaluate the energy consumption of a multimode relay. Firstly, we have proposed a realistic energy model for multi-mode, which takes into account the media access control layer of the protocols studied. In order to increase realism, we have implemented multi-mode in WSNet, a precise network simulator, which we have used to determine the parameters impacting the energy consumption. Then, we have proposed and validated different strategies allowing us to minimize the influence of these parameters.