Mécanismes d'optimisation de l'utilisation des technologies dans le Home Network - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Mécanismes d'optimisation de l'utilisation des technologies dans le Home Network

Optimization of routing mechanisms for green home networks

Résumé

The recent improvements in communication technologies and products in terms of services' diversification have a direct effect on home environment. Nowadays, homes host increasingly sophisticated devices providing a wide range of services such as HDTV, VoIP, multimedia storage, gaming, music and so on. This extension does not come for free. Indeed, Information and Communication Technology-enabled (ICT) devices consume about the quarter of the total power consumption within a typical home network, which puts forward the issue of energy e_ciency in the home network. In addition, electromagnetic radiation emissions are increasing within homes and may create fear likely to slow down future innovations for certain community of people. Nevertheless the increasing connectivity may help to solve these problems by disabling redundant devices or select more appropriate paths in the network. The problem can be viewed as a multi-criteria routing protocol generalization with the introduction of new metrics. A home network routing solution has therefore to support additional constraints in conjunction with QoS criteria. It has been a challenging goal to make path selection based on ecological criteria that are closely linked to the external environment (e.g. EM radiation); instead of the conventional routing metrics inherently dependent on network state (e.g. delay). In this thesis, we develop a new concept of radiation-aware routing algorithm for heterogeneous home networks in order to reduce radiated emissions level within a given area. The first contribution is the proposal of two models of electromagnetic radiated emissions stemming from Wi-Fi and PLC links based on a set of assumptions and mathematical approximation methods. We have then formulated a link-adaptive radiation-aware routing metric. The second contribution is the proposal of the Radiant Exposure (RE), which is a new routing metric for finding minimum radiated emissions paths in multi-hop heterogeneous network. The RE of a path is the expected radiated energy in units of W.s/m^2, within the radiation-sensitive area, while transmitting a packet along that path. The RE metric incorporates the effects of the distance between the radiating sources and the radiation-sensitive area as well as the asymmetry of this radiated energy regarding the two directions of each link. We describe the design and implementation of RE as routing metric that can _t any shortest path algorithm. For practical networks, using RE metric also maximizes the network throughput. We show by simulations that using RE metric reduces significantly radiated energy compared to the widely used minimum-hop count metric. The third contribution consists of proposing a mutli-criteria routing algorithm built upon the well-known normalized weighting function. Such method transforms a multi-objective problem into a mono-objective problem by multiplying each objective function by a weighting factor and summing up all the weighted criteria. We involve the user in the process of selecting weights in line with their preferences. The three criteria considered here are radiant exposure (RE), expected energy consumption and bandwidth.
L'objectif majeur des travaux de cette thèse est de concevoir une solution de routage destinée aux réseaux domestiques et qui prend en considération les exigences écologiques émergentes des utilisateurs. Ces exigences concernent l'économie d'énergie et la minimisation des champs électromagnétiques rayonnés. La première contribution consiste à la proposition d'un nouveau concept de métrique de routage sensible aux rayonnements électromagnétiques qui peut être utilisée sans modifications avec n'importe quel algorithme de plus court chemin. Nous avons ensuite montré analytiquement que cette métrique remplisse les conditions suffisantes et nécessaires afin de garantir un routage cohérant, optimal et sans boucle. Cette métrique est désormais nommée Radiant Exposure (RE). Pour se faire nous avons proposé deux modèles analytiques des champs électromagnétiques provenant des équipements Wi-Fi et des lignes électriques quand celles-ci transportent des données en hautes fréquences. Dans la deuxième contribution, nous avons présenté les procédures de calcul et d'implémentation de notre métrique pour deux scenarios : un réseau sans fil et un réseau hétérogène. Ceci nous a conduit à étendre la définition initiale de la métrique RE pour couvrir le cas où les liens Wi-Fi et CPL coexistent dans le même réseau. Cela correspond à la proposition de deux algorithmes de routage pour les deux scenarios préalablement mentionnés. La dernière contribution consiste à la proposition d'un algorithme de routage multicritère basé sur la méthode à pondération normalisée. Les trois critères que nous avons considérés sont RE, la consommation d'énergie et la bande passante.
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Dates et versions

tel-01212832 , version 1 (07-10-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01212832 , version 1

Citer

Hanane El Abdellaouy. Mécanismes d'optimisation de l'utilisation des technologies dans le Home Network. Computer Science [cs]. Télécom Bretagne; Université de Rennes 1, 2015. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01212832⟩
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