Opportunistic spectrum allocation for cognitive radios

The demand for wireless technologies has constantly been increasing since a few years. However, several countries already suffer from radio « spectrum scarcity ». As a consequence, defining new rules of spectrum allocation and use is becoming of major importance. Several measurements campaigns have shown that the allocated spectrum is not used al the time and everywhere, giving rise to « spectrum holes ». In addition, new algorithms of spectrum allocation between users and radio systems are required. In this thesis, our objective is to propose innovative algorithms of dynamic spectrum allocation. The simulated scenarios are composed of several users (using cognitive radios : « intelligent » user equipments) negotiating their access to a shared radio resource made of several channels. We propose a new radio access algorithm operating at the mac layer, and achieving an uplink spectrum reservation for the users. This algorithm can be used for ofdm-based systems (e.g. : wlan networks). Following our algorithm (based on ofdma), the users collaborate to negotiate their radio access by using a distributed and collaborative contention-based mechanism. The algorithm uses an adaptation of the « swarm intelligence » meta-heuristic inspired from social insects. This method brings flexibility, robustness and scalability to spectrum allocation. Our results show the real potential of such collaborative and distributed methods to solve the problem of flexible spectrum allocation applied to the next generations of wireless systems.L'utilisation de technologies sans fil ne cesse de s'accroitre depuis quelques annees. Or plusieurs pays souffrent deja d'une « penurie de spectre radio ». Il est urgent de redefinir la politique d'allocation et d'utilisation du spectre radio. Plusieurs campagnes de mesures ont montrees que le spectre alloue n'est pas utilise partout et tout le temps, laissant donc apparaitre des « trous dans le spectre ». Pour permettre une viabilite reelle de nouvelles regles de regulation, de nouveaux algorithmes de partage du spectre entre les utilisateurs et les systemes radios sont necessaires. Dans cette these, nous proposons des algorithmes innovants d'allocation dynamique du spectre. Les scenarios envisages sont constitues de plusieurs utilisateurs (utilisant des radios cognitives) se partageant l'acces a plusieurs canaux radios de façon opportuniste. Nous proposons un nouvel algorithme d'acces radio pour la couche mac, et reservant des ressources radio pour la voie montante. Cet algorithme peut etre utilise pour des systemes bases sur de l'ofdm (ex. : reseaux locaux sans fil). Dans notre algorithme (base sur de l'ofdma), les utilisateurs collaborent pour negocier l'acces a plusieurs ressources radio, en utilisant un mecanisme de contention distribue et collaboratif. Nous utilisons une adaptation de la meta heuristique d' « intelligence en essaim » inspiree des insectes sociaux. Cela confere a notre methode : flexibilite, robustesse et scalabilite, dans l'allocation spectrale. Nos resultats montrent le potentiel de telles methodes collaboratives et distribuees pour resoudre le probleme de l'allocation flexible de spectre pour les prochaines generations de systemes sans fil