Green radio link adaptation and optimization techniques

Depuis plusieurs années, les technologies de l’information et de la communication connaissent un développement spectaculaire. Le trafic d’information augmente exponentiellement alors que l’évolution de l’efficacité énergétique des réseaux, définie généralement comme le rapport entre l’énergie utile en sortie du système et l’énergie totale fournie au système, n’augmente que de manière linéaire. Pour soutenir la demande de trafic, il est alors nécessaire de multiplier les équipements réseaux ce qui augment la facture énergétique des opérateurs et les émissions de gaz carbonique. Devant l’urgence de la situation, de nombreux projets et consortiums ont été créés avec l’objectif de renforcer l’efficacité énergétique des réseaux. Par exemple, le consortium GreenTouch™ fondé en 2010 a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des réseaux d’un facteur 1000 d’ici 2015 et de réduire leur consommation énergétique de 90% d’ici 2020 (par rapport à 2010). Le projet METIS a pour objectif de définir les télécommunications de 2020 (5G) cherche des solutions efficaces minimisant les coûts, les ressources et la consommation énergétique. Le projet MiWEBA qui intègre les ondes millimétrique aux communications mobiles dans le but d’augmenter la capacité du réseau d’un facteur 1000 avec un coût raisonnable.Dans cette thèse, nous abordons deux solutions répondant aux challenges de la 5G et permettant de réduire les niveaux des puissances rayonnées par les systèmes de télécommunications : l’amélioration de la couche physique via les techniques de focalisation spatiale et l’adaptation de lien multi-technologies. L’objectif principal de la thèse est de réaliser des transmissions de données très haut débit à forte efficacité énergétique à l’aide d’une connectivité multi-technologies sans coutures y compris dans des réseaux comprenant une multitude de périphériques à faible complexité.L’organisation de la thèse est la suivante : tout d’abord, l’implémentation de techniques de focalisation spatiale, le Retournement Temporel (RT) et l’EGT (Equal Gain Transmission), dans un système utilisant les dernières évolutions du standard IEEE 802.11, notamment l’intégration d’une composante 60 GHz, est étudiée. Les performances de ces techniques sont analysées de manière à identifier les conditions optimales de leur utilisation et il est montré qu’avec un minimum de deux antennes de transmission, elles permettent d’améliorer les performances énergétiques des systèmes tout en ayant une faible complexité d’implémentation. Des modifications du standard permettant d’augmenter l’efficacité énergétique sont également proposées. Une analyse cross-layer est ensuite réalisée afin de définir protocoles d’estimation de canal tenant compte des spécificités du RT. De plus, les améliorations énergétiques liées à l’utilisation du RT sont confirmées en tenant compte des dégradations des performances de la couche de liaison. Enfin, une métrique d’occupation temporelle est définie et associée à des techniques d’adaptation de lien mono et multi-technologies existantes dans le but d’améliorer la sélection d‘interfaces de transmission pour augmenter l’efficacité énergétique sans affecter les performances des systèmes utilisant un accès aléatoire au canal de communication. L’utilisation de cette métrique permet, dans certaines configurations, d’augmenter d’un facteur sept l’efficacité énergétique d’un système utilisant le Wi-Fi et, dans le cas multi-technologies, de répartir le trafic sur les différentes interfaces de transmission afin d’éviter la saturation des canaux de communication.

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