Communication protocols based on alternative paradigm for wireless mobile devices
Protocoles de communication basés sur un paradigme alternatif pour les appareils mobiles sans fil
Résumé
During the last decade, the exponential growth of mobile devices and wireless applications induced an enormous demand for radio frequency (RF) technologies which in return requires more and more resources from both the connecting devices and the supporting network infrastructures. Spectrum crunch is a term referred to the network traffic overload and the infrastructure ability to meet the user demands because of limited resources. In recent years, many strategies have been adopted to make the most of these precious resources, such as reusing the available frequency band, and/or discovering new bands such as millimeter and Tera-hertz waves. Meanwhile, the Visible Light Communications (VLC) demonstrate huge capacity to supplement the conventional RF technology, including unlicensed and free massive spectrum band, which provides the communication service along with illumination at a convenient price. Despite its vast potential applications and available infrastructures, VLC is still in its infancy and has a long way to pave in order to join the heterogeneous architectures. At this time, the majority of scientific research has been conducted around the physical and data link layers with emphasis on the point to point communication, while the development on the upper layers has been partially neglected. Certainly, the stable connection at the “decent rate” is the key objective of the medium access control layer which is acquired through different techniques such as handover, multiple access, association, disassociation and adaptive modulation and coding schemes. In this doctoral dissertation entitled as “Communication protocols based on alternative paradigm for wireless mobile devices”, VLC has been initially used to address vehicular communication challenges as a main application at MAC layer, by integrating VLC and cellular vehicular to everything (C-V2X).The main contributions of this PhD thesis are as follows: 1- study and derive a communication model for outdoor VLC applications using open source simulating tools, 2- design and apply link adaptive protocols to associate, transmit and modify the communication session in VLC mobile scenarios, 3- develop, implement and test the interference based handover mechanism in small scale testbed, 4- comprehensive comparison between LTE-V2X and V2LC performances in ad-hoc regime, 5- design and perform the RF-V2LC protocol for cooperative VLC and LTE in vehicular network. These contributions have been performed through deep understanding of the up to date literature, interpret, compare and analyze the recent associated researches and developments in order to provide the reliable outcomes in VLC communication protocols for mobile devices.
Au cours de la dernière décennie, la croissance exponentielle des appareils mobiles et des applications sans fil a entraîné une énorme demande pour les technologies de radiofréquence (RF) qui, en retour, nécessitent de plus en plus de ressources à la fois des dispositifs de connexion et des infrastructures réseau de soutien. «Spectrum crunch» désigne la surcharge du trafic réseau et la capacité de l'infrastructure à répondre aux demandes des utilisateurs en raison des ressources limitées. Ces dernières années, de nombreuses stratégies ont été adoptées pour tirer le meilleur parti de cette précieuse ressource, comme la réutilisation de la bande de fréquences disponibles et/ou la découverte de nouvelles bandes comme les ondes millimétriques et térahertes. Pendant ce temps, les Communications de la Lumière Visible (VLC) démontrent une capacité énorme pour compléter la technologie RF conventionnelle, y compris sans licence et bande de spectre massive libre qui fournit le service de communication avec l'éclairage à un prix commode. Malgré ses vastes applications potentielles et les infrastructures disponibles, VLC en est encore à ses débuts et a un long chemin à parcourir pour rejoindre les architectures hétérogènes. À l'heure actuelle, la majorité de la recherche scientifique a été menée autour des couches physiques et de liaison de données en mettant l'accent sur la communication point à point, tandis que le développement sur les couches supérieures a été partiellement négligé. Certes, la connexion stable à un ‘taux décent' est l'objectif clé de la couche de contrôle d'accès moyen qui est acquise par différentes techniques telles que la transmission, l'accès multiple, l'association, la dissociation et la modulation adaptative et les schémas de codage. Dans cette thèse de doctorat intitulée « Protocoles de communication basés sur un paradigme alternatif pour les appareils mobiles sans fil », VLC a été initialement utilisé pour aborder les facteurs MAC dans la communication véhiculaire comme une application principale en collaboration avec les Véhicules Cellulaires à tout (C-V2X).Les principales contributions de cette thèse de doctorat sont les suivantes : 1- étudier et dériver un modèle de communication pour les applications VLC extérieures en utilisant des outils de simulation open source, 2- concevoir et appliquer des protocoles adaptatifs de lien pour associer, transmettre et modifier la session de communication dans les scénarios mobiles VLC, 3- développer, mettre en œuvre et tester le mécanisme de transfert basé sur les interférences dans le banc d'essai à petite échelle, 4- comparaison complète entre les performances LTE-V2X et V2LC dans un régime ad hoc, 5- concevoir et exécuter le Protocole RF-V2LC pour la coopération VLC et LTE dans le réseau de véhicules. Ces contributions ont été réalisées grâce à une compréhension approfondie de la littérature à jour, une comparaison et une analyse des récentes recherches et développements associés afin de fournir des résultats fiables dans les protocoles de communication VLC pour les appareils mobiles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)