Communication machine à machine (M2M) dans les réseaux de nouvelles générations : Gestion de spectre et efficacité énergétique

Machine-to-Machine (M2M) Communications in Next Generation Networks : Spectrum management and energy efficiency.

• Auteur / Autrice : Samir Dawaliby
• Direction : Yannis Pousset, Abbas Bradai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 11/10/2019
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM - XLIM / XLIM
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Diouris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannis Pousset, Abbas Bradai, Jean-Pierre Cances
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Clavier, Toufik Ahmed

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machine-to-machine communication

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Conception cross-layer

Internet des objets

Qualité de Service (télécommunications)

Mots clés libres

Internet des objets

Qualité de service

Découpage virtuel du réseau LoRa

Allocation des ressources

Optimisation dynamique

Internet of things

Quality of service

LoRa network slicing

Ressources allocation

Dynamic optimization

Résumé

Cette thèse traite le problème de garantir la qualité de service (QoS) dans l'internet des objets (IoT) en termes d’urgence et de fiabilité. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé différentes solutions adaptées aux réseaux étendus LoRa (LoRaWAN). Premièrement, nous mettons en œuvre un découpage virtuel du réseau LoRa en plusieurs tranches et nous évaluons son impact en utilisant plusieurs stratégies statiques et dynamiques. Les résultats des simulations exécutés sur NS3 ont prouvé l'efficacité de l'isolation virtuelle des ressources physiques pour une tranche d'un réseau ayant des communications urgentes en réduisant l'impact venant des autres communications IoT. Motivés par ces résultats, une méthode d'optimisation est ensuite proposée pour chercher une meilleure configuration des nœuds LoRa en regardant plus en détail leur paramètres au niveau de la couche physique permettant d’améliorer ses performances en termes de QoS, de fiabilité et d’efficacité énergétique. Par contre, même avec le découpage du réseau en tranches virtuels, l’évolutivité de LoRa reste un défi en raison du manque de flexibilité lors de la gestion des réseaux sans fil actuels. Par conséquent, pour atteindre l'objectif global de garantir une bonne QoS dans un réseau IoT à grande échelle, les technologies SDN et le découpage virtuel du réseau sont adoptés simultanément pour proposer une architecture virtualisée et distribuée. Cette dernière proposition est basée sur la théorie des jeux et s'adapte plus rapidement aux changements dans un environnement IoT encombré en exploitant la prise de décision du découpage du réseau et la configuration des nœuds LoRa à la périphérie du réseau.

This thesis deals with the problem of guaranteeing heterogeneous quality of service (QoS) requirements for Internet of Things (IoT) communications in terms of urgency and reliability. Various solutions are proposed towards achieving this goal in LoRa Wide Area Networks (LoRaWAN). First, we implement network slicing over LoRa standard architecture and evaluate its impact using various static and dynamic strategies. Simulation Results performed over NS3 proved the efficiency of network slicing in isolating physical resources for each slice and serving delay critical communications. Motivated by these results, a slice-based optimization is proposed next to improve the dynamic slicing strategy by investigating more LoRa parameters at the physical layer. The proposed method finds for each device the best parameters configuration that potentially improves the performance of its slice in terms of QoS, reliability and energy efficiency. Moreover, we also looked towards meeting upcoming challenges in future IoT networks that comes from the increasing number of IoT devices. Even with network slicing, LoRa scalability remained as a big challenge that should be carefully considered especially due to the lack of flexibility in managing current wireless networks. Therefore, to meet the global objective in guaranteeing QoS in large scale IoT deployments, software defined networking (SDN) and network slicing are adopted as backbone technologies for a distributed virtualized architecture and slicing strategy. The latter proposition is based on game theory and adapts faster to the changes in a congested IoT environment by leveraging slicing decision making closer to the edge.