Conception cross-layer pour les communications coopératives.

 

 

Doctorant : Mohamad MAAZ

Directeurs de thèse : Maryline HELARD, Philippe MARY

Thèse débutée le : 01/10/2010

 

 

Les réseaux coopératifs constituent certainement la prochaine étape de sophistication des systèmes de télécommunication. Plusieurs travaux pionniers ont montré l’accroissement théorique en termes de capacité et de fiabilité du concept de « communication coopérative » lorsqu’un nœud source cherche à joindre une destination qui n’est pas directement accessible à cause du mauvais canal qui les relie. Durant la dernière décennie, la majorité des travaux s’est intéressée à l’étude et/ou la proposition de nouvelles techniques de relayage : Amplify and Forward (A-F), Decode and Forward (D-F), Estimate and Forward (E-F), Codage temps-espace coopératifs, en se focalisant notamment sur la couche PHY de ces systèmes.

Le but de cette thèse est d’étudier et de définir de nouvelles couches protocolaires pour la mise en œuvre de techniques MIMO coopératives en considérant l’aspect multi-utilisateurs. En effet, peu de travaux se sont intéressés à la définition d’une couche MAC multi-utilisateurs coopérative et à son étude en termes d’efficacité et d’équité entre utilisateurs. Il s’agira notamment d’étudier comment gérer plusieurs utilisateurs voulant utiliser des nœuds relais dans le réseau. Il apparaît peu probable qu’une gestion centralisée de type TDMA ou FDMA soit réalisable puisque l’utilisation de nœuds relais devra se faire de façon ad-hoc et opportuniste. Un accès à la ressource par contention pourrait être la solution, mais dans ce cas, il faut veiller à la maîtrise des délais de bout en bout du réseau. Cet aspect constitue un challenge scientifique qu’il s’agira d’étudier dans la thèse.

La deuxième problématique scientifique est liée à des hypothèses de travail généralement admises dans la littérature. Si l’efficacité des techniques coopératives en termes de débit ou de qualité de liens radio n’est plus à démontrer, l’impact sur le débit et la consommation des divers échanges d’information inhérents à la coopération entre les nœuds, est rarement étudié dans la littérature. Ce point constitue un verrou scientifique majeur qui doit être levé si l’on veut voir se réaliser des réseaux coopératifs, et donc il devra être étudié pendant cette thèse. Par exemple, les techniques MIMO distribuées consistent à utiliser des codes temps-espace partitionnés au niveau des nœuds jouant le rôle « d’antennes virtuelles ». Pour cela, il est nécessaire dans un premier temps d’identifier les nœuds en question puis de leur attribuer la partie du code temps-espace qu’ils vont mettre en œuvre. Ces deux phases nécessitent un échange de données entre les différentes entités en présence (source, relais, destination) et donc un surcoût de bande passante et de consommation énergétique. Il est impératif de modéliser et de quantifier précisément l’impact de ces échanges sur les performances globales du système. De plus, la mise en œuvre de la technique évoquée ci-dessus nécessite une synchronisation des nœuds mettant en œuvre le MIMO distribué, ce qui sera très difficile à obtenir en pratique puisque les terminaux n’ont pas les mêmes composants radiofréquences. L’impact de l’asynchronisme sur les performances globales et les solutions envisageables pour en minimiser les effets défavorables constituent des challenges techniques et scientifiques pour les futurs systèmes de communication sans-fil.