Modélisation et simulation de réseaux locaux et personnels sans fil PDF
Preview Modélisation et simulation de réseaux locaux et personnels sans fil
Modélisation et simulation de réseaux locaux et personnels sans fil: intégration des couches PHY et MAC Abdoulaye Berthe To cite this version: Abdoulaye Berthe. Modélisation et simulation de réseaux locaux et personnels sans fil: intégration des couches PHY et MAC. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. Français. NNT: . tel-00706636 HAL Id: tel-00706636 https://theses.hal.science/tel-00706636 Submitted on 11 Jun 2012 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. (cid:37)(cid:78)(cid:86)(cid:85)(cid:69)(cid:68)(cid:69)(cid:76)(cid:7)(cid:79)(cid:66)(cid:84)(cid:69)(cid:78)(cid:84)(cid:73)(cid:79)(cid:78)(cid:68)(cid:85) (cid:37)(cid:48)(cid:36)(cid:53)(cid:48)(cid:51)(cid:34)(cid:53)(cid:1)(cid:37)(cid:38)(cid:1)(cid:45)(cid:8)(cid:54)(cid:47)(cid:42)(cid:55)(cid:38)(cid:51)(cid:52)(cid:42)(cid:53)(cid:178)(cid:1)(cid:37)(cid:38)(cid:1)(cid:53)(cid:48)(cid:54)(cid:45)(cid:48)(cid:54)(cid:52)(cid:38)(cid:1) (cid:36)(cid:207)(cid:76)(cid:73)(cid:86)(cid:82)(cid:207)(cid:80)(cid:65)(cid:82)(cid:26) UniversitéToulouse3PaulSabatier(UT3PaulSabatier) (cid:1) (cid:36)(cid:73)(cid:83)(cid:67)(cid:73)(cid:80)(cid:76)(cid:73)(cid:78)(cid:69)(cid:79)(cid:85)(cid:83)(cid:80)(cid:207)(cid:67)(cid:73)(cid:65)(cid:76)(cid:73)(cid:84)(cid:207)(cid:26) MicroetNanoSystèmes (cid:48)(cid:82)(cid:207)(cid:83)(cid:69)(cid:78)(cid:84)(cid:207)(cid:69)(cid:69)(cid:84)(cid:83)(cid:79)(cid:85)(cid:84)(cid:69)(cid:78)(cid:85)(cid:69)(cid:80)(cid:65)(cid:82)(cid:26) AbdoulayeBERTHE (cid:76)(cid:69)(cid:26) vendredi27janvier2012 (cid:52)(cid:73)(cid:84)(cid:82)(cid:69)(cid:26) ModélisationetSimulationdeRéseauxLocauxetPersonnelssansfil: IntégrationdesCouchesPHYetMAC (cid:37)(cid:67)(cid:79)(cid:76)(cid:69)(cid:68)(cid:79)(cid:67)(cid:84)(cid:79)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:69)(cid:26) GénieElectrique,ElectroniqueetTélécommunications(GEET) (cid:53)(cid:78)(cid:73)(cid:84)(cid:207)(cid:68)(cid:69)(cid:82)(cid:69)(cid:67)(cid:72)(cid:69)(cid:82)(cid:67)(cid:72)(cid:69)(cid:26) LAAS-CNRS (cid:36)(cid:73)(cid:82)(cid:69)(cid:67)(cid:84)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:8)(cid:83)(cid:9)(cid:68)(cid:69)(cid:52)(cid:72)(cid:210)(cid:83)(cid:69)(cid:26) DanielaDRAGOMIRESCUMaîtredeConférenceàl'INSAdeToulouse RobertPLANAProfesseuràl'UPS,Membredel'IUF (cid:50)(cid:65)(cid:80)(cid:80)(cid:79)(cid:82)(cid:84)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:26) DominiqueHOUZETProfesseuràl'INPdeGrenoble PascalLORENZProfesseuràl'UniversitédeHauteAlsace (cid:33)(cid:85)(cid:84)(cid:82)(cid:69)(cid:8)(cid:83)(cid:9)(cid:77)(cid:69)(cid:77)(cid:66)(cid:82)(cid:69)(cid:8)(cid:83)(cid:9)(cid:68)(cid:85)(cid:74)(cid:85)(cid:82)(cid:89) MichelDIAZDirecteurderechercheauLAAS-CNRSExaminateur DavidSYMPLOT-RYLProfesseuràl'UniversitédeLille1,Membredel'IUFExaminateur FrédéricCAMPSIngénieurderechercheauLAAS-CNRSInvité Abstract Abstract In this work, we focus on physical and medium access control layer modeling and simulation for short range wireless communication. In particular, the modeling of the Impulse Radio Ultra Wide Band technique for wireless sensor networks and the high data rate communication modeling which uses millimeter wave and beamforming. The first part deals with the modeling of Impulse Radio Ultra Wide Band. The proposed model takes into account the pulse collision induced by multiple concurrent transmissions at the physical layer which is also called multi user interference. This aspect is accurately introduced thanks to the concept of reception time hopping sequences of concurrent reception and their orthogonality. The simulation architecture is built using two models: the first model is based on a uniformly distributed pulse train and the second model, more complete, takes into account variable time hopping sequences. The performance evaluation of this part is based on a typical wireless sensor networks application, in which sensor nodes are scattered on a particular area to detect and report intrusion events to a base station. The second part deals with the modeling of high data rate communication using millimeter wave. The targeted goal of millimeter wave transmission is to increase the data rate using some novel techniques: beamforming and data aggregation. Beamforming is modeled on the so-called codebook beamforming defined as the new beamforming technique for high data rate wireless communication standards. A methodology is developed to take into account the radiation pattern defined by the codebook indexes. For each index the gain of the directional antenna is computed for each direction. This is used in the simulation model physical layer to determine the directional antenna gain in a particular direction during the propagation stage. The defined protocols for sector level and beam level training defined in the 802.15.3c draft are also modeled. The performance evaluation of this part is based on a multimedia distribution system. Keywords: Wireless Sensor Network, medium access control protocol, physical layer, multi-user interference, IR-UWB, modeling and simulation, beamforming, on demand beamforming, proactive beamforming, GloMoSim, QualNet, 802.15.4a, 802.15.3c. ii Résumé Résumé Dans ce travail nous nous intéressons à la modélisation des couches MAC et PHY dans le cadre des réseaux sans fil à faible, portée. Il présente les techniques de modélisation utilisées pour l'intégration des couches MAC-PHYs (Medium Access Control and Physical layer) de type IR-UWB (Impulse Radio Ultra Wideband) d'une part, et des nouvelles techniques de transmission à 60GHz incluant le beamforming d'autre part, dans le simulateur GloMoSim/QualNet. La modélisation de IR-UWB est basée sur la prise en compte directe des collisions d'impulsions et de l'interférence multi-utilisateur au niveau de la couche PHY par l'introduction du concept de séquences de réception et la notion d'orthogonalité en réception. L'architecture de modélisation proposée est basée sur l'utilisation d'une matrice d'interférence, elle a été développée en deux étapes : une première modélisation basée sur des trains d'impulsions uniformément espacées et une deuxième modélisation plus complète prenant en compte l'utilisation des séquences de sauts aléatoires également appelés séquences de time hopping. L'évaluation de performances de cette partie est basée sur une application typique des réseaux de capteurs dans le cadre d'une application de détection d'intrusion sur une surface protégée. La modélisation à 60 GHz à pour but la prise en compte des nouvelles techniques d'amélioration du débit, notamment l'agrégation et le beamforming. La prise en compte du beamforming est basée sur la définition, des diagrammes de rayonnement des antennes ainsi que de l'interface MAC-PHY/Antenne. La modélisation des deux protocoles de beamforming définis dans le standard 802.15.3c est également effectuée. L'évaluation de performances de cette partie est basée sur un système de distribution de contenu multimédia. Mots clés : réseaux de capteurs sans fil, méthode d'accès au support, couche physique, IR-UWB, interférence multi-utilisateur, beamforming. on demand beamforming, proactive beamforming,GloMoSim, QualNet, 802.15.4a, 802.15.3c. iv Remerciements Je remercie tout d'abord mes directeurs de thèse, Daniela Dragomirescu qui a dirigé de près ce travail, Robert Plana, pour m'avoir accueilli dans son groupe, toute sa confiance et son amitié. Je remercie également les responsables du LAAS-CNRS, l'ensemble du personnel administratif et scientifique ainsi que les stagiaires, doctorants, post doctorants avec qui j'ai eu le grand plaisir de partager un repas, un café, un thé ou une histoire drôle. Je remercie Aubin, pour les nombreuses discussions enrichissantes et ses conseils tout le long de la première partie de ce travail, Mike pour son support sur la rédaction de documents scientifiques en anglais durant les premiers mois. Merci à l'ensemble du groupe MINC et surtout à mes collègues de bureau : Patricia, Tonio, Sébastien, Hicham, Jean et Georges pour le climat de travail vraiment sympathique. J'exprime toute ma gratitude au président du jury, aux rapporteurs, aux examinateurs et invités pour tout l'intérêt qu'ils ont porté à ce travail, le temps qu'ils y ont consacré ainsi les remarques et suggestions sur le manuscrit. Merci à tous les membres de mon club de Karaté, mes amis et proches. Ma profonde gratitude à toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à l'accomplissement de cette thèse. Enfin Merci à mes parents et toute ma famille pour leur soutient inconditionnel. vi Sommaire Table des matières Abstract..................................................................................................................................1 Résumé..................................................................................................................................3 Remerciements......................................................................................................................5 Introduction générale.............................................................................................................2 Contexte.............................................................................................................................2 Modélisation des couches MAC-PHY basées sur la technique IR-UWB destinées aux réseaux de capteurs sans fil..............................................................................................3 Modélisation des couches MAC-PHY haut débit à 60 GHz..............................................4 Contribution........................................................................................................................5 Plan du manuscrit..............................................................................................................6 Bibliographie......................................................................................................................6 1 État de l’art .........................................................................................................................9 1.1 Introduction générale sur les couches MAC ...............................................................9 1.1.1 Les protocoles d’accès au médium non déterministes .......................................9 1.1.2 Les protocoles d’accès au médium déterministes ............................................12 1.1.3 Le partage du support pour des transmissions utilisant la technique Impulse Radio UltraWide Band.................................................................................................13 1.1.3.1 L’interférence multi-utilisateur ....................................................................13 1.1.3.2 Modèle de simulation .................................................................................15 1.1.3.3 Les protocoles d’accès au médium proposés pour IR-UWB .....................16 Les méthodes d’accès pour la bande des 60 GHz.....................................................19 1.1.3.4 Les protocoles de partage du support envisagés à 60 GHz .....................19 1.1.3.5 L'optimisation du faisceau de l'antenne directive ou beamforming et les réseaux d'antennes.................................................................................................21 1.1.3.6 Le beamforming adaptatif ..........................................................................23 1.1.3.7 Le codebook beamforming ........................................................................27 1.1.3.8 Conclusion .................................................................................................29 1.2 Simulateurs de réseaux de microsystèmes communicants .....................................29 1.2.1 Caractéristiques des simulateurs ......................................................................29 1.2.2 Critères d'évaluation ..........................................................................................30 1.2.3 Quelques simulateurs ........................................................................................31 1.2.3.1 GloMoSim ...................................................................................................31 1.2.3.2 NS-2 .........................................................................................................32 1.2.3.3 OMNet++ ....................................................................................................33 1.2.3.4 J-Sim ..........................................................................................................34 1.2.3.5 Conclusion .................................................................................................35 1.3 Conclusion ................................................................................................................36 1.4 Bibliographie .............................................................................................................37 2 Contexte et standardisation pour les réseaux de capteurs sans fi l.................................45 2.1 Les réseaux de capteurs sans fi l..............................................................................45 2.1.1 Besoins des réseaux de capteurs .....................................................................46 2.1.2 Solutions envisagées ........................................................................................47 2.1.2.1 MAC ...........................................................................................................47 2.1.2.2 PHY ............................................................................................................48 viii
Description:The list of books you might like
