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

Abstract

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 approches ont présenté à travers les études expérimentales des résultats très satisfaisants.