Techniques Naturelles et Bio-inspirées pour le Routage dans les Réseaux Sans Fil Mobiles

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Au cours des dernières décennies, les réseaux sans fil ont connu un développement fulgurant, soutenu par la miniaturisation des dispositifs électroniques, l’évolution rapide des technologies de communication, et la demande croissante en connectivité permanente et en temps réel. Le réseau MANET (Mobile Ad hoc Network) est un réseau sans fil auto-organisé composé d’un ensemble de nœuds mobiles interconnectés, capables de communiquer entre eux sans infrastructure préexistante ni point d’accès centralisé. Chaque nœud agit simultanément comme terminal utilisateur et comme routeur, assurant le transfert des données vers d’autres nœuds via des liens multi-sauts.Cependant, la nature dynamique et distribuée de ces réseaux soulève des défis importants, no- tamment en matière de routage efficace. Le routage désigne l’ensemble des mécanismes permettant d’établir et de maintenir des chemins de communication entre des nœuds mobiles, dans un environ- nement dépourvu d’infrastructure fixe. En raison de la mobilité des nœuds, de la variabilité des liens et de la nature distribuée du réseau, les protocoles de routage doivent être capables de s’adapter dynamiquement à des changements fréquents de topologie. Ils doivent également gérer efficacement l’utilisation des ressources limitées, notamment l’énergie, la bande passante, etc.De nombreux protocoles de routage ont été proposés pour les réseaux MANETs, s’appuyant principalement sur des méthodes exactes ou approchées. Bien que les méthodes exactes garantissent une solution optimale, leur complexité computationnelle limite leur applicabilité dans des réseaux dynamiques. Les méthodes approchées, plus rapides, n’assurent pas toujours l’optimalité des so- lutions. C’est dans ce contexte que les méthodes bio-inspirées ont émergé, offrant une approche plus flexible et adaptative pour résoudre ces problèmes complexes. Le parallèle entre la dynamique des réseaux MANETs et les mécanismes naturels justifie l’usage des méthodes bio-inspirées pour concevoir des solutions de routage adaptatives.Dans cette perspective, nous entamons cette thèse par la modélisation du problème afin de représenter avec précision le comportement des entités réelles constituant notre système. Par la suite, nous proposons deux nouveaux protocoles de routage multi-chemins qui reposent sur la mé- taheuristique évolution différentielle (Diferential Evolution) pour les réseaux MANETs. Ainsi, nous proposons un protocole de routage multi-chemins pour les réseaux FANETs. Ce protocole est basé sur un algorithme bio-inspiré appelé recherche coucou (Cuckoo Research) qui fait partie de la famille des algorithmes d’intelligence en essaim. Il sélectionne les chemins optimaux entre une source et une destination en fonction de deux contraintes : énergie et stabilité. Enfin, nous proposons un pro- tocole de routage multi-chemins pour les réseaux WBANs. Cette solution est basée sur l’algorithme évolutionnaire évolution différentielle. L’objectif principal de ce protocole est de choisir le chemin qui garantit une consommation d’énergie minimale en privilégiant des liaisons stables. Il introduit un modèle objectif basé sur l’éfficacité énergétique des nœuds et la stabilité des liens afin d’évaluer les chemins valides. Comparées aux protocoles de routage abordés dans la littérature, nos approche sont présenté à travers les études expérimentales des résultats très satisfaisants. (In recent decades, wireless networks have experienced rapid growth, driven by the miniaturization of electronic devices, the fast evolution of communication technologies, and the increasing demand for permanent and real-time connectivity. A MANET (Mobile Ad hoc Network) is a self-organizing wireless network composed of a set of interconnected mobile nodes capable of communicating with one another without any pre-existing infrastructure or centralized access point. Each node functions simultaneously as a user terminal and as a router, forwarding data to other nodes through multi-hop links.However, the dynamic and distributed nature of these networks poses significant challenges,particularly with regard to efficient routing. Routing refers to the set of mechanisms that enable the establishment and maintenance of communication paths between mobile nodes in an environment lacking fixed infrastructure. Due to node mobility, link variability, and the decentralized structure of the network, routing protocols must be capable of dynamically adapting to frequent topology changes. They must also efficiently manage the use of limited resources, such as energy, bandwidth,and more.Numerous routing protocols have been proposed for MANETs, primarily based on exact or approximate methods. While exact methods guarantee an optimal solution, their computational complexity limits their applicability in dynamic network environments. Approximate methods, al-though faster, do not always ensure solution optimality. In this context, bio-inspired methods have emerged, offering a more flexible and adaptive approach to solving such complex problems. The similarity between the dynamic behavior of MANETs and natural mechanisms justifies the use ofbio-inspired techniques to design adaptive routing solutions.In this perspective, we begin this thesis by modeling the problem in order to accurately represent the behavior of the real entities within our system. Subsequently, we propose two new multipath routing protocols based on the Differential Evolution metaheuristic for MANETs. In addition, weintroduce a multipath routing protocol for FANETs, which is based on a bio-inspired algorithm known as Cuckoo Search, belonging to the family of swarm intelligence algorithms. This protocol selects optimal paths between a source and a destination based on two key constraints : energy and stability. Finally, we present a multipath routing protocol for WBANs, which also relies on the Differential Evolution algorithm. The main objective of this protocol is to select paths that ensure minimal energy consumption while prioritizing stable links. It introduces an objective model based on node energy efficiency and link stability to evaluate valid paths. Compared to the routing protocols discussed in the literature, our approaches have demonstrated highly satisfactory results in experimental evaluations)

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0eb57682-cf43-4892-844c-7e3feb927d36

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

1048116_1.pdf

بيانات النشر

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Abdelkader Mekkaoui ","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Omar Smail ","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

French

المصدر والدورية

اسم المصدر

Techniques Naturelles et Bio-inspirées pour le Routage dans les Réseaux Sans Fil Mobiles

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

على مدى العقود القليلة الماضية، شهدت الشبكات اللاسلكية نموًا سريعًا، مدفوعًا بتصغير حجم الأجهزة الإلكترونية، والتطور السريع لتقنيات الاتصالات، والطلب المتزايد على الاتصال الدائم في الوقت الفعلي. شبكة (MANET) هي شبكة لاسلكية ذاتية التنظيم تتكون من مجموعة من العقد المتنقلة المترابطة، القادرة على التواصل مع بعضها البعض دون الحاجة إلى بنية تحتية مسبقة أو نقطة وصول مركزية. تعمل كل عقدة كمحطة مستخدم وكجهاز توجيه في نفس الوقت، مما يضمن نقل البيانات إلى العقد الأخرى عبر روابط متعددة القفزات. ومع ذلك، فإن الطبيعة الديناميكية والموزعة لهذه الشبكات تثير تحديات كبيرة، وخاصة فيما يتعلق بالتوجيه الفعال. يشير التوجيه إلى مجموعة الآليات المستخدمة لإنشاء مسارات الاتصال والحفاظ عليها بين العقد المتنقلة، في بيئة بدون بنية أساسية ثابتة. بسبب قابلية تنقل العقدة وتنوع الروابط والطبيعة الموزعة للشبكة، يجب أن تكون بروتوكولات التوجيه قادرة على التكيف ديناميكيًا مع التغييرات المتكررة في الطوبولوجيا. ويحتاجون أيضًا إلى إدارة استخدام الموارد المحدودة بكفاءة، بما في ذلك الطاقة، وعرض النطاق الترددي، وما إلى ذلك. تم اقتراح العديد من بروتوكولات التوجيه لشبكات MANETs، بالاعتماد بشكل أساسي على الأساليب الدقيقة أو التقريبية. على الرغم من أن الأساليب الدقيقة تضمن الحل الأمثل، إلا أن تعقيدها الحسابي يحد من إمكانية تطبيقها في الشبكات الديناميكية. إن الطرق التقريبية، والتي هي أسرع، لا تضمن دائمًا الحلول المثالية. وفي هذا السياق، ظهرت أساليب مستوحاة من العلوم البيولوجية، والتي تقدم نهجًا أكثر مرونة وقدرة على التكيف لحل هذه المشاكل المعقدة. إن التوازي بين ديناميكيات شبكات MANETs والآليات الطبيعية يبرر استخدام الأساليب المستوحاة من البيولوجيا لتصميم حلول التوجيه التكيفية. ومن هذا المنظور، نبدأ هذه الأطروحة بنمذجة المشكلة من أجل تمثيل سلوك الكيانات الحقيقية التي تشكل نظامنا بشكل دقيق. وبعد ذلك، نقترح بروتوكولين جديدين للتوجيه متعدد المسارات يعتمدان على نظرية التطور التفاضلي لشبكات MANETs. وبالتالي، فإننا نقترح بروتوكول توجيه متعدد المسارات لشبكات FANETs. يعتمد هذا البروتوكول على خوارزمية مستوحاة من البيولوجيا تسمى Cuckoo Search، وهي جزء من عائلة خوارزميات ذكاء السرب. يقوم باختيار المسارات المثلى بين المصدر والوجهة بناءً على قيدين: الطاقة والاستقرار. وأخيرًا، نقترح بروتوكول توجيه متعدد المسارات لشبكات WBAN. يعتمد هذا الحل على خوارزمية التطور التفاضلي. الهدف الرئيسي من هذا البروتوكول هو اختيار المسار الذي يضمن الحد الأدنى من استهلاك الطاقة من خلال تفضيل الروابط المستقرة. ويقدم نموذجًا موضوعيًا يعتمد على كفاءة طاقة العقدة واستقرار الرابط لتقييم المسارات الصالحة. وبالمقارنة مع بروتوكولات التوجيه التي تمت مناقشتها في الأدبيات، فقد قدمت مناهجنا نتائج مرضية للغاية من خلال الدراسات التجريبية.

كلمات الباحثين

Réseau MANET, routage multi-chemins, méthodes bio-inspirées, énergie et stabi-lité.iv

إشراف وإعداد

الإشراف

Omar Smail

الإعداد

Abdelkader Mekkaoui

الاقتباسات الببليوغرافية