Développement de réseaux radio d'objets connectés pour les Villes Intelligentes : amélioration de la Qualité de Service du réseau LoRa

Development of connected objects radio networks for Smart Cities : improvement of the Quality of Service of LoRa network

• Auteur / Autrice : Maxime Mroue
• Direction : Eduardo Motta Cruz, Sofiane Hamrioui, Benoît Parrein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Mitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Lorenz, Fabrice Valois, Fabrice Valois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux (aménagement du territoire)

Qualité de Service (télécommunications)

Villes intelligentes

Passerelles (réseaux d'ordinateurs)

Mots clés libres

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Résumé

L’objectif de cette thèse est la mise au point de nouveaux mécanismes pour améliorer la qualité de service des réseaux LPWAN dans le contexte des Villes Intelligentes. Dans un premier temps, nous analysons l'évolution de la qualité de service en observant le taux de paquets erronés (PER) de la couche MAC de différents standards LPWAN, soumise à la densification des réseaux. Dans un deuxième temps, nous nous concentrons sur la technologie LoRa et nous identifions les verrous à lever, notamment le taux de paquets rejetés, les collisions entre paquets et le nombre de passerelles déployées, dans différents scénarios de densification des réseaux. Nous introduisons alors un nouveau protocole appelé LoRa+ basé sur « l'écoute avant de parler » (Listen Before Talk, LBT). Enfin, nous utilisons des outils et métriques issus du modèle « Okumura-Hata » afin d'analyser et comparer les performances de ce nouveau protocole avec LoRa au sein de plusieurs types de réseaux, et nous démontrons que LoRa+ s'avère être un choix opportun, permettant de réduire à la fois les taux de paquets rejetés et erronés ainsi que le nombre des passerelles déployées dans les réseaux.

The objective of this thesis is the development of new mechanisms to improve the quality of service for LPWAN in the context of Smart Ci- ties. First, we analyze the evolution of the quality of service by observing the packet error rate (PER) of the MAC layer of different LPWAN standards, sub- ject to network densification. Second, we focus on LoRa technology, where we identify obstacles to be raised, including the rate of rejected packets, the collisions between packets and the number of gateways deployed, in different network densification scenarios. We then introduce a new protocol called LoRa+ based on «Listening Before Talking, LBT». Finally, we use « Okumura-Hata » tools and metrics to analyze and compare the performance of this new protocol with LoRa in several types of networks, and we demonstrate that LoRa+ proves to be a timely choice, reducing both rejected packet rate and packet error rate as well as the number of gateways deployed in networks.