Routing Protocols and Quality of Service in Electromagnetic Nano-Networks - BOUCHEDJERA , Islam Amine; ALIOUAT , Zibouda Supervisor; LOUAIL , Lemia Co- Supervisor (Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Sciences, 2025)
Electromagnetic nano-networks present unprecedented opportunities for biomedical monitoring, Software-Defined Metamaterials (SDMs), and quantum computing systems. However, they are constrained by limited power, short communication ranges, and dense node deployments. To address these challenges, this thesis conducts a systematic literature review (SLR) that classifies existing routing protocols based on data-centric, peer-to-peer, and data dissemination paradigms, identifying key research gaps and proposing three novel routing schemes that significantly enhance QoS while optimizing energy consumption and data delivery reliability. EECORONA introduces a set of energy-efficient flood-based protocols that reduce redundant transmissions and extend network lifetime through selective forwarding and probabilistic retransmission control. DCCORONA leverages a cluster-based multi-hop framework that improves data delivery reliability and mitigates network congestion in dense deployments through adaptive clustering and energy-aware routing. P2PAFS is the first framework to support peer-to-peer, upward, and downward communication modes, enabling flexible and dynamic routing in heterogeneous networks. Comprehensive evaluations demonstrate that the proposed schemes achieve notable improvements in Packet Delivery Ratio (PDR), latency, throughput, and energy efficiency, positioning them as benchmark solutions for next-generation QoS-aware nano-networks
Les nano-réseaux électromagnétiques offrent des opportunités sans précédent pour la surveillance biomédicale, les métamatériaux définis par logiciel (SDM) et les systèmes d'informatique quantique. Cependant, ils sont contraints par une puissance limitée, des portées de communication courtes et des déploiements de noeuds denses. Pour relever ces défis, cette thèse propose une revue systématique de la littérature (SLR) qui classe les protocoles de routage existants en fonction des paradigmes centrés sur les données, de pair à pair et de diffusion des données, identifiant des lacunes de recherche clés et proposant trois nouveaux schémas de routage qui améliorent considérablement la qualité de service (QoS) tout en optimisant la consommation d'énergie et la fiabilité de la livraison des données. EECORONA introduit un ensemble de protocoles de diffusion énergétiquement efficaces qui réduisent les transmissions redondantes et prolongent la durée de vie du réseau grâce au transfert sélectif et au contrôle de retransmission probabiliste. DCCORONA exploite un protocole multi-hop basé sur des clusters qui améliore la fiabilité de la livraison des données et atténue la congestion du réseau dans les déploiements denses grâce à une mise en cluster adaptive et un routage conscient de l'énergie. P2PAFS est le premier protocole à prendre en charge les modes de communication pair à pair, montants et descendants, permettant un routage flexible et dynamique dans des réseaux hétérogènes. Des simulations extensives démontrent que les schémas proposés obtiennent des améliorations notables en termes de ratio de livraison de paquets (PDR), de latence, de débit et d'efficacité énergétique, les positionnant comme des solutions de référence pour les nano-réseaux de nouvelle génération sensibles à la qualité de service (QoS)
Keywords: Nano-networks; IoNT; Terahertz band; Quality of Service; Routing protocols