Interference management in multi-hop wireless networks
Apport de la gestion des interférences aux réseaux sans-fil multi-sauts. Le cas du Physical-Layer Network Coding
Résumé
Frequently used to complement the traditional mobile networks, multi-hop wireless networks, also referred to as ad-hoc networks, are particularly useful in emergency situations due to the fact that they do not rely on any infrastructure. Nevertheless, as the capacity of such networks does not scale with the number of users, the scientific community has strived to rethink their use in order to extend their application to civil communications. For instance, long considered as one of the most formidable challenges in multi-hop wireless networks, interference management has recently undergone a paradigm shift. While interference management is traditionally carried out by the access layer protocols whose objective is to avoid interference between users, it is now possible to exploit the interference thanks to new advanced communication techniques. These transmission techniques, so-called interference management techniques, go against the communication paradigm underlying existing scheduling mechanisms by allowing multiple simultaneous transmissions to a common receiver in the same frequency band. In this thesis, we focus on one of these techniques, namely the Physical-Layer Network (PLNC), with the objective of integrating it in ad-hoc networks. Mostly studied from both the theoretical and practical perspective in small topologies, we first design a framework for quantifying the large-scale PLNC gains over the traditional interference-free transmissions. Driven by the obtained results, we introduce a solution to increase the PLNC sphere of operation in large multi-hop wireless networks. Our comprehensive evaluation methodology, including experimental testbed validations for credibility, as well as realistic simulations, show that the proposed PLNC scheme brings important gains in terms of throughput and reliability when compared to state-of-the-art approaches.
Fréquemment exploités pour venir en complément aux réseaux mobiles traditionnels, les réseaux sans-fil multi-sauts, aussi appelés réseaux ad-hoc, sont particulièrement mis à profit dans le domaine des communications d'urgence du fait de leur capacité à s'affranchir de toute infrastructure. Néanmoins, la capacité de ces réseaux étant limitée dès lors que le nombre d'utilisateurs augmente, la communauté scientifique s'efforce à en redéfinir les contours afin d'étendre leur utilisation aux communications civiles. La gestion des interférences, considérée comme l'un des principaux défis à relever pour augmenter les débits atteignables dans les réseaux sans-fil multi-sauts, a notamment connu un changement de paradigme au cours des dernières années. Alors qu'historiquement cette gestion est régie par les protocoles de la couche d'accès dont l'objectif consiste à éviter les interférences entre utilisateurs, il est désormais possible, grâce à différentes techniques avancées de communication numérique, de traiter ces interférences, et même de les exploiter. Ces techniques de transmission, dites techniques de gestion des interférences, viennent alors concurrencer les mécanismes d'ordonnancement traditionnels en autorisant plusieurs transmissions simultanées et dans la même bande de fréquence vers un même récepteur. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'une de ces techniques, le Physical-Layer Network Coding (PLNC), en vue de son intégration dans des réseaux ad-hoc composés de plusieurs dizaines de nœuds. Les premiers travaux se concentrant principalement sur des petites topologies, nous avons tout d'abord développé un framework permettant d'évaluer les gains en débit à large échelle du PLNC par rapport à des transmissions traditionnelles sans interférence. Motivés par les résultats obtenus, nous avons ensuite défini un nouveau cadre d'utilisation à cette technique visant à élargir sa sphère d'application. Le schéma de PLNC proposé, testé à la fois sur de vrais équipements radio et par simulation, s'est alors révélé offrir des gains significatifs en débit et en fiabilité en comparaison aux solutions existantes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)