Chaieb, Cirine
(2024).
« Algorithmes efficaces d'allocation de ressources pour les futurs réseaux mobiles sans fil à bandes multiples » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en informatique.
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Résumé
Au cours des dernières décennies, plusieurs générations de réseaux cellulaires se sont succédé pour répondre au mieux aux exigences des applications mobiles émergentes et aux défis de la rareté du spectre radio. Différentes technologies telles que la communication à ondes millimétriques (mm- Wave), le déploiement des réseaux hétérogènes et des réseaux à bandes multiples sont des solutions prometteuses pour les futurs réseaux cellulaires. Dans cette thèse, nous proposons des algorithmes efficaces d’allocation de ressources et d’association des utilisateurs aux stations de base pour les réseaux cellulaires à bandes multiples de prochaines générations. Dans le premier chapitre, nous introduisons de manière générale le projet de thèse en abordant les motivations, les problématiques, les contributions ainsi que la méthodologie adoptée. Dans le deuxième chapitre, nous étudions le problème conjoint d’association des utilisateurs et d’allocation des créneaux temporels. Chaque utilisateur ne peut être associé qu’à une seule station de base utilisant des fréquences inférieures à 6 GHz (sub-6 GHz) ou des fréquences millimétriques (mmWave), et chaque station de base ne peut associer qu’un nombre limité d’utilisateurs. L’objectif est de maximiser le nombre d’utilisateurs associés tout en garantissant un débit de données requis par utilisateur. Nous commençons par la formulation mathématique du problème comme un programme linéaire en nombres entiers, puis nous prouvons son appartenance à la classe des problèmes NP-difficile. Nous proposons un algorithme glouton centralisé et un autre distribué évolutif basé sur l’apprentissage automatique par renforcement. Dans le troisième chapitre, nous étudions le problème conjoint d’association des utilisateurs aux stations de base, d’allocation de puissance, d’affectation des sous-canaux et de la technique d’accès multiple. Nous considérons un réseau cellulaire utilisant la bande de fréquences sub-6 GHz et la bande de fréquences mmWave. Ainsi, les deux techniques d’accès multiple orthogonal et non orthogonal sont utilisées. La fonction objectif est d’optimiser le débit de données tout en respectant les exigences d’un débit minimum par utilisateur et les contraintes de puissance. Nous prouvons que le problème est NP-difficile par restriction et nous proposons des solutions algorithmiques. Tout d’abord, un algorithme glouton ainsi qu’une métaheuristique sont détaillés. Puis, nous proposons deux autres algorithmes basés sur la technique d’apprentissage automatique par renforcement profond. Ces algorithmes sont ensuite évalués et comparés. Dans le quatrième chapitre, nous considérons un réseau cellulaire utilisant trois bandes de fréquences sub-6 GHz, mmWave et térahertz et nous étudions le problème d’optimisation conjointe d’allocation de ressources et d’association des utilisateurs aux stations de base. Une nouvelle mesure d’efficacité énergétique qui quantifie le nombre d’utilisateurs satisfaits par unité de puissance est considérée. L’objectif est de maximiser l’efficacité énergétique du système tout en respectant les contraintes du système et de qualité de service. Le problème conjoint d’association des utilisateurs aux stations de base, d’allocation des canaux et de puissance est formulé comme un programme non linéaire partiellement en nombres entiers. Nous montrons que le problème appartient à la classe des problèmes NP-difficile et nous proposons des solutions algorithmiques peu complexes et évolutives. La première solution consiste à diviser le problème en deux sous-problèmes pour le résoudre de manière itérative. Tout d’abord, nous résolvons le sous-problème d’association des utilisateurs aux stations de base et d’attribution des canaux. Ensuite, nous résolvons le sous-problème d’allocation de puissance. Nous proposons aussi une solution multiagent basée sur l’apprentissage par renforcement profond. Chaque utilisateur est un agent qui apprend la meilleure association indépendamment des autres utilisateurs en maximisant son score. Nous présentons des résultats de simulation Monte-Carlo de chaque problème étudié afin d’illustrer les performances des solutions proposées.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : réseaux cellulaires à bandes multiples, ondes millimétriques, fréquences térahertz, allocation de ressources, association des utilisateurs aux stations de base, techniques d’accès multiples,
NOMA, efficacité énergétique, solutions algorithmiques, apprentissage par renforcement profond, NP-difficulté, algorithmes gloutons
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Ajib, Wessam |
| Mots-clés ou Sujets: |
Réseaux cellulaires à bandes multiples / Réseaux de téléphonie mobile / Allocation des ressources / Stations de base / Algorithmes |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département d'informatique |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
18 nov. 2024 11:24 |
| Dernière modification: |
18 nov. 2024 11:24 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/18223 |
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