Allocation de ressources et conception du feedback dans les réseaux sans fils avec prise en compte du trafic

Traffic-Aware Resource Allocation and Feedback Design in Wireless Networks

• Auteur / Autrice : Apostolos Destounis
• Direction : Mérouane Debbah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications (STIC)
• Date : Soutenance le 09/05/2014
• Etablissement(s) : Supélec
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Supélec Sciences des Systèmes - EA4454 / E3S - Chaire Radio Flexible Alcatel-Lucent/Supélec / Chaire Radio Flexible
• Jury : Président / Présidente : Michel Kieffer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamad Assaad, Anthony Ephremides, Bessem Sayadi, Leandros Tassiulas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandre Proutière, Vincent K. N. Lau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux locaux sans fil

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Mots clés libres

Réseaux sans fil

Allocation des ressources

Fils d’attente

Scheduling

Stabilité

Wireless networks

Resource allocation

Queuing

Scheduling

Stability

Résumé

Les réseaux sans fil sont confrontés à une augmentation croissante en demande de données, qui devrait continuer à croitre dans les années à venir. La raison principale de cette croissance est liée à la demande en services vidéo et données. Les plus importantes approches proposées pour faire face à ce problème, notamment l'utilisation des antennes multiples, le codage OFDMA (qui font déjà partie des standards 3GPP et LTE), et le déploiement de réseaux à petites cellules, ont été examinées plutôt d’un point de vue couche physique, en se concentrant sur des mesures de performance tel que le débit total du système. Cependant, les caractéristiques du trafic vidéo et des données ainsi que les demandes individuelles des utilisateurs doivent être prises en compte pour la conception des algorithmes d'allocation de ressources radio. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact des algorithmes d'allocation de ressources radio (contrôle de puissance, pré-codage, ordonnancement) ainsi que les informations concernant l’état du canal sur le comportement des files d'attente des utilisateurs. Nous étudions, en particulier, le problème de pré-codage et de contrôle de puissance dans le canal d'interférence, dans le but de réguler le comportement des files d'attente des utilisateurs et conjointement la rétroaction/estimation de canal et la sélection et ordonnancement des utilisateurs. Ceci afin d’assurer la stabilité des files d’attentes pour une grande partie des demandes de trafic dans les systèmes de diffusion MISO-OFDMA. Pour assurer cela, nous utilisons des outils mathématiques de la théorie des modèles asymptotiques ''heavy traffic'' et de la théorie de la stabilité stochastique.

Wireless systems are facing an increase in the data demands, and this trend is expected to continue in the future. This increase is mostly due to demand of video and data services. The most prominent approaches proposed to deal with this problem, namely the use of multiple antennas and OFDMA modulations (already part of the 3GPP LTE standards) and Small Cell Networks have mostly been analyzed from a pure physical layer perspective, focusing on metrics like total system throughput. However, the traffic pattern of video and data requests as well as the individual requests of the users have to be also taken into account when designing resource allocation algorithms. The objective of this thesis is, therefore, to study the impact of physical layer resource algorithms (power control, precoding, scheduling) and CSI feedback on the behaviour of the queues of the users. In particular, we study the problems of precoding and power control to regulate the behaviour of the users' queues in the interference channel, as well as joint feedback/training and user selection and scheduling in order to stabilize the queues for a large area of traffic demands in the MISO and OFDMA broadcast channels. To this end, we use tools from heavy traffic asymptotic modelling of communication networks and stochastic stability theory.