% INF8652 — Les réseaux sans fil et les réseaux mobiles % UQAM — Département d'informatique % Plan de cours — Hiver 2023 * Horaires, locaux et enseignants: Enseignement ============ Driouch, Elmahdi PK-4335 Groupes: 020 Description du cours ==================== Transmission sans fil de données. Protocoles d'accès. Réseaux mobiles et sans fil. Réseaux téléphoniques. Réseaux satellites. Protocoles de mobilité. Plates-formes de mobilité. Réseaux ad hoc. Réseaux mobiles à haut débit. Normes et standards. Réseaux hybrides. Réseaux de capteurs. Objectif du cours ================= Les systèmes de communications sans fil - tels que les réseaux cellulaires mobiles, réseaux locaux sans fil (ex. WiFi), réseaux de capteurs, réseaux véhiculaires, et réseaux Bluetooth - sont aujourd'hui incontestablement omniprésents dans notre vie. Avec l'utilisation massive de l'Internet en utilisant des dispositifs sans fil, l'arrivée de l'Internet des objets (IoT pour *Internet of Things* en anglais) ainsi que l'incontrôlable augmentation du nombre de dispositifs de communication sans fil, de la diversité de leurs applications, l'apparition de nouvelles applications multimédia, et les nouvelles exigences de capacité élevée et/ou de qualité de service, une connaissance approfondie des systèmes et réseaux de communications sans fil, devient nécessaire pour tous les scientifiques et surtout les informaticiens et les ingénieurs. La recherche scientifique dans le domaine des réseaux sans fil occupe également un espace important de la recherche en sciences informatiques et en génie informatique. Ce cours vise à approfondir les connaissances dans le domaine des systèmes de communications sans fil et dans les réseaux sans fil et se familiariser avec les défis les plus importants en recherche. À la fin du cours, les étudiants seront capable de: - connaître les différents réseaux sans fil et les standards; - analyser et évaluer les performances des systèmes de communications sans fil; - se familiariser avec les problèmes liés à la mobilité; - se familiariser avec les domaines de recherche liés aux réseaux sans fil; - se familiariser avec le concept cellulaire; et finalement - comprendre les défis de l'intégration de différentes technologies de transmission sans fil. Contenu du cours ================ **Chapitre 1.** Introduction et notions fondamentales. Historique des communications sans fil, la notion du signal, la notion du spectre, la capacité du canal, la conversion numérique/analogique, le support de transmission, architecture d'un réseau, modèle OSI, modèle TCP/IP. **Chapitre 2.** Principes de communication sans fil. Antennes de transmission, modes de propagation, bruit, mécanismes de compensation d'erreurs, Techniques d'encodage du signal, numérisation d'un signal analogique **Chapitre 3.** Techniques d'accès multiples et contrôle d'erreurs. Multiplexage par répartition en fréquences orthogonales, étalement de spectre, techniques d'accès multiples, contrôle de congestion, contrôle de flux, Codes de détection d'erreurs, codes de correction d'erreurs. **Chapitre 4.** Réseaux locaux sans fil. Architecture IEEE 802, 802.11 ou WiFi, WiFi Gigabit, la sécurité en IEEE 802.11 **Chapitre 5.** Réseaux de capteurs, Bluetooth, 802.15. Internet des objets, Réseaux Bluetooth, 802.15, ZigBee, défis des réseaux de capteurs **Chapitre 6.** Réseaux cellulaires. Principes des réseaux cellulaires, transfert cellulaire (*handoff*), la première génération des réseaux cellulaires, la deuxième génération basée sur le TDMA (ex. GSM), la deuxième génération basée sur le CDMA, le système GPRS, la troisième génération (UMTS, etc.), **Chapitre 7.** La quatrième génération des réseaux cellulaires et le système LTE-avancé Architecture LTE, gestion des ressources en LTE, réseau d'accès radio LET, LTE-avancé **Chapitre 8.** Applications mobiles et IP mobile. Plateforme d'applications mobiles, développement d'applications mobiles, dépliement d'applications mobiles, IP mobile **Chapitre 9.** Réseaux sans fil longue-distance. Communication par satellite, paramètres et configurations des communications par satellite, applications des satellites, Réseaux WiMax et 802.16, Réseau d'électricité intelligent (*Smart Grid*) **Chapitre 10.** Nouvelles technologies de transmission sans fil. Modalités d'évaluation ====================== Description sommaire Date Pondération ------------------------------- -------------------- ------------- Devoirs sur Moodle 20% Étude d'articles de recherche sur Moodle 16% Quiz 8% Travaux pratiques sur Moodle 21% Travail de session (projet) voir le calendrier 35% **DEVOIRS (20%)** Des séries d'exercices (devoirs) à réaliser individuellement ou par équipes de deux seront soumis aux étudiants. Typiquement, il y a 2 à 3 devoirs avec des dates de remise disponibles sur le site du cours. Les énoncés des devoirs seront distribués par l'intermédiaire du site Web Moodle du cours. Il n'y a pas de format préétabli pour les documents à remettre, mais la qualité de présentation et de rédaction est importante. Une réponse illisible est forcément mauvaise. **ÉTUDE D'ARTICLES DE RECHERCHE (16%)** Chaque étudiant se verra assigner deux articles scientifiques de recherche "de haute qualité" pour les analyser. Les sujets des articles seront le plus possible proches du sujet de recherche future de l'étudiant. L'étudiant a de deux à trois semaines pour étudier chaque article, le comprendre et l'analyser. L'étudiant aura 10-15 minutes pour démontrer sa compréhension du premier article et il pourra utiliser une présentation (en power point par ex.). **Quiz (4%)** Régulièrement au cours de la session, des quiz auront lieu pendant les séances de cours. Typiquement, il y'aura quatre quiz pendant la session. Un quiz aura la forme d'un questionnaire avec des choix de réponses. **TRAVAUX PRATIQUES (21%)** Au cours de la session, des travaux pratiques permettront aux étudiants de mettre en pratique et de vérifier par simulation certains des concepts présentés en classe. Les travaux, qui devront être réalisés individuellement ou en équipes de deux, toucheront à différents sujets en réseaux sans fil. Les travaux pratiques utiliseront soit le simulateur réseau NS-2 ou Matlab/Simulink pour mesurer les performances des réseaux locaux sans fil au niveau de la couche physique, de la couche liaison et du routage. Les étudiants auront entre deux à trois semaines pour réaliser chaque travail pratique. Les dates de remise seront spécifiées sur le site du cours. **TRAVAIL DE SESSION - PROJET (35%)** Le travail de session permettra à l'étudiant de découvrir et d'approfondir un aspect particulier des réseaux sans fil. L'étudiant a le choix entre plusieurs formes de projets : une étude bibliographique d'un sujet récent, la conception d'une solution à une problématique donnée ou l'évaluation analytique ou par simulations de performance, etc. Un rapport permettra de démontrer les notions apprises via ce projet. L'étudiant devra respecter les dates suivantes lors de la remise des différents éléments du projet : - Semaine 3 : L'étudiant devra sélectionner le sujet et la nature du projet. Ces deux éléments seront approuvés par le professeur. - Semaine 5, remise du rapport_V1 : L'étudiant devra remettre un document de trois pages approximativement contenant un résumé du sujet ainsi qu'une liste non-exhaustive de plusieurs sources bibliographiques. Le document devra également expliquer comment l'étudiant compte mener à bien son projet. (10% de la note du projet) - Semaine 8, remise du rapport_V2 : L'étudiant devra remettre un document de six pages approximativement contenant un plan détaillé des différentes parties du projet. Le document doit inclure une description de chacune des parties ainsi que les résultats spécifiques attendus. Il doit aussi présenter une justification de la pertinence et des motivations du projet. Ce document doit démontrer que l'étudiant est bien avancé dans la réalisation de son projet. (20% de la note du projet) - Semaine 14 (Séance des présentations): L'étudiant devra présenter son travail de façon synthétique en 15 à 20 minutes. La présentation sera évaluée par les autres étudiants et le professeur selon une grille préétablie jugeant du fond et de la forme de la présentation. (30% de la note du projet: 10% note des autres étudiants; 20% note du professeur) - Semaine 15, remise de la version finale du rapport: L'étudiant devra remettre son rapport final. Le produit fini doit être d'assez bonne qualité pour être soumis à un magazine ou à votre supérieur au travail. (40% de la note du projet) Suggestions de sujets : - Les réseaux sans fil définis par logiciel - Les systèmes à large échelle d'antennes multiples (*Massive MIMO*) - La communication en spectre millimétrique (mmWave) - Les réseaux cellulaires denses de petites cellules - La communication dispositif-à-dispositif (D2D) - L'efficacité énergétique dans les systèmes de communications sans fil - Les réseaux sans fil avec des noeuds accumulateurs d'énergie (*Energy Harvesting Wireless Networks*) - Les réseaux sans fil de backhaul (*Backhaul Wireless Networks*) - Le routage dans les réseaux de capteurs - Le partage de spectre dans les réseaux de radios cognitives - La détection de spectre dans les réseaux de radios cognitives - L'intégration des réseaux de capteurs et l'Internet Principales revues et conférences : - IEEE Wireless communication magazine, - IEEE Communications Magazine - IEEE Network Magazine - IEEE Transactions on Wireless Communications, - IEEE Transactions on Mobile Computing, - IEEE Transactions on Vehicular Technology - IEEE/ACM Transactions on Networkings - IEEE Infocom, - IEEE International Conf. on Communication (ICC) - IEEE Global Communications Conf. (Globecom), - ACM Mobicom Médiagraphie ============ NO Elmahdi Driouch, Notes du cours INF8652 sur le site moodle de l'UQAM VR Cory Beard, William Stallings, "WIRELESS COMMUNICATIONS NETWORKS AND SYSTEMS", Prentice Hall 2016, VR Khaldoun Al Agha, Guy Pujolle and Tara Ali-Yahiya, "MOBILE AND WIRELESS NETWORKS", Networks and Telecommunications Series, ISTE Ltd and Wiley, 2106 VR Clint Smith and Daniel Collins, "WIRELESS NETWORKS, Design and Integration for LTE, EVDO, HSPA and WiMax", Third Edition, McGraw Hill Education, 2014 VR Theodore Rappaport, "WIRELESS COMMUNICATIONS: Principals and Practice", Second edition, Prentice Hall 2002. VC C. Siva Ram Murthy, B. S. Manoj, "AD HOC WIRELESS NETWORKS: Architecture and Protocols", Prentice Hall, 2004.