Heterogeneous wireless networks coexistence techniques
Techniques de coexistence de réseaux sans fil hétérogènes
Résumé
Context: Heterogeneous networks refer to the coexistence and coverage of multiple communication networks in a common area. It is a fundamental feature in the paradigm of recent generation networks to support a wide range of novel applications that compel low latency and high data rates, for both indoor and outdoor use scenarios. During the first development of wireless technologies, wireless connectivity was only possible with one operator/technology. However, with the densification of heterogeneous networks deployment of recent generation networks such as in the 5G paradigm, computing and communication devices such as smartphones are using multiple wireless technology/interfaces such as Wi-Fi, 4G LTE/5G, Bluetooth, each usually suited for a particular usage.Goal: This thesis's framework provides efficient interface coexistence techniques for multi-wireless access network interface terminals through an interface and interfaces information sharing. The framework has two main components: a Radio Access Technology (RAT) selection mechanism and an IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 coexistence optimization technique. Method: The RAT selection proposal is formulated as a Multiple Criteria Decision Making (MCDM) problem with a decision data analysis mechanism that allows accurate network performance estimation in the decision-making process. The IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 coexistence optimization technique benefit of virtual Clear Channel Assessment (CCA) from an IEEE 802.11 interface on the same device.} Proposals are evaluated using full-stack network simulating which adds a more practical perspective to the results. Indeed, we developed a framework of heterogeneous network simulation by integrating the most popular open-source network simulation modules in the OMNeT++ (C++ framework) ecosystem: INET and SimuLTE. INET is considered for IEEE protocol models such as 802.11 and 802.15.4. SimuLTE is considered for 3GPP protocol models such as LTE-D2D. Results: Numerical results show the effectiveness of the RAT selection mechanism's effectiveness as a QoS-based resource optimization method compared to some baseline mechanisms. Numerical results show also that the proposed mechanisms of IEEE 802.11 (WLAN) and IEEE 802.15.4 coexistence optimization improve the packet delivery ratio of the basic CSMA/CA by up to 26% under traffic load in a WLAN that does not exceed 40% of offered load.Conclusions: We argue in this thesis that the concept of interface and interfaces information sharing for multi-wireless access network interface terminals can positively impact wireless resource efficiency.
Contexte : Les réseaux hétérogènes désignent la coexistence et la couverture de plusieurs réseaux de communication dans une zone commune. Il s'agit d'une caractéristique fondamentale du paradigme des réseaux de dernière génération, qui permet de prendre en charge un large éventail d'applications nouvelles nécessitant une faible latence et des débits de données élevés, pour des scénarios d'utilisation en intérieur comme en extérieur. Au cours du premier développement des technologies sans fil, la connectivité sans fil n'était possible qu'avec un seul opérateur/technologie. Cependant, avec la densification des réseaux hétérogènes et le déploiement des réseaux de dernière génération, comme dans le paradigme 5G, les appareils informatiques et de communication, tels que les smartphones ou des véhicules connectés, utilisent plusieurs technologies sans fil telles que Wi-Fi, 4G LTE/5G, Bluetooth, chacune étant généralement adaptée à un usage particulier.Objectif : L'objectif de cette thèse est de fournir des techniques efficaces de coexistence de technologies pour des terminaux ayant plusieurs interfaces de réseau d'accès sans fil par le biais d'un partage des ressources et d'informations sur l'interface. La valeur ajoutée de la thèse a deux composantes principales : un mécanisme de choix de technologies d'accès radio et des techniques d'optimisation de la coexistence des technologies IEEE 802.11 (Wi-Fi) et IEEE 802.15.4 (e.g. ZigBee).Méthode : La proposition de mécanisme de choix de technologie d’accès radio est formulée comme un problème de prise de décision à critères multiples (MCDM) avec un mécanisme d'analyse des données de décision qui permet une estimation fiable des performances du réseau dans le processus de prise de décision. La technique d'optimisation de la coexistence Wi-Fi et ZigBee bénéficie d'une évaluation virtuelle du canal (Clear Channel Assessment - CCA) fournie par l’interface Wi-Fi sur le même appareil. Les propositions sont évaluées à l'aide de simulations de réseaux à pile de protocoles complète, ce qui ajoute par ailleurs une dimension pratique aux résultats. En effet, nous avons développé un cadre de simulation de réseaux hétérogènes en intégrant les modules de simulation de réseaux open-source les plus populaires de l'écosystème OMNeT++ (Framework en C++): INET et SimuLTE. INET est considéré pour les modèles de protocole IEEE tels que 802.11 et 802.15.4. SimuLTE est considéré pour les modèles de protocoles 3GPP tel que LTE-D2D.Résultats : Des résultats numériques montrent l'efficacité du mécanisme de choix de technologie d'accès radio comme méthode d'optimisation des ressources basée sur la Qualité de Service (QoS) et surpassent des mécanismes de base jusqu'à 66\% en terme de délai d'accès au canal pour les applications sensibles au délai. Des résultats numériques montrent également que les mécanismes proposés d'optimisation de la coexistence de Wi-Fi et ZigBee réduisent, par rapport au mécanisme CSMA/CA de base, le taux de pertes des paquets jusqu'à 26 \% sous une charge de trafic dans un réseau Wi-Fi ne dépassant pas 40 \% de la charge maximal du canal.Conclusions : Nous avançons dans cette thèse que le partage des interfaces et d’informations d'interface pour les terminaux de réseaux d'accès sans fil multiples peut avoir un impact positif sur l'efficacité des ressources sans fil.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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