Thèse soutenue

Architecture et protocoles pour les RĂ©seaux d'urgence dans la 5G

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Auteur / Autrice : Sarkis Moussa
Direction : Abderrahim Benslimane
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 30/06/2023
Etablissement(s) : Avignon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire informatique d'Avignon
Jury : Président / Présidente : Yezekael Hayel
Examinateurs / Examinatrices : Fen Zhou
Rapporteur / Rapporteuse : Nader Mbarek, Tayeb Lemlouma

Résumé

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Les PSNs sont conçus pour satisfaire les besoins des intervenants d’urgence, notamment les pompiers, la police et d’autres organismes de PS. Ces réseaux sont employés pour prévenir les incidents qui constituent une menace pour les personnes ou les biens, ou pour y répondre. Ils sont traditionnellement basés sur des technologies radio fiables, mais à faible débit, fournissant ainsi des services limités tels que la communication vocale entre les PSUs. De ce fait, leur capacité de tirer parti des développements récents des réseaux sans fil et des applications à large bande était limitée. Les réseaux cellulaires 5G et au-delà, avec leur infrastructure avancée et leurs techniques adaptées, sont parfaitement adaptés pour surmonter les limitations associées aux PSNs, en offrant une transmission de données à haut débit, une faible latence et une connectivité étendue. L’intégration des PSNs dans la 5G améliore l’efficacité de réponse aux urgences, en permettant aux agences de PS d’accéder en temps réel aux informations cruciales et en améliorant la communication entre les premiers intervenants. À cet égard, l’objectif de cette thèse est de développer des modèles et une architecture qui garantissent une communication efficace entre les PSUs en utilisant les ressources cellulaires. Nous envisageons différents scénarios, y compris des situations où les ressources sont uniquement dédiées aux PSUs et des situations où les ressources sont partagées avec les utilisateurs primaires. En outre, nous explorons des scénarios où il n’y a pas de ressources cellulaires (par exemple, une BS inaccessible). Nous abordons d’abord un problème d’attribution de ressources dans la communication D2D superposée en bande sous licence. Ce mode garantit des RBs dédiés exclusivement aux PSUs et minimise l’interférence entre les CUs et les PSUs. En outre, nous considérons la technique NOMA pour l’accès radio, améliorant ainsi la performance du système en termes d’efficacité spectrale, de débit atteint et de nombre de PSUs accédant au réseau. À cette fin, nous appliquons une heuristique qui regroupe les PSUs qui partageront les mêmes ressources, de sorte que la consommation de la bande passante soit réduite au minimum. Nous attribuons ensuite une puissance suffisante à chaque PSU à l’aide de l’algorithme PSO. Dans une deuxième approche, nous proposons un nouveau schéma pour le scénario de communication D2D sous-couche. Ce schéma repose également sur la technique NOMA et est basé sur un problème de programmation mixte non linéaire à nombre entier pour la maximisation du débit total. Ce problème prend en compte les contraintes liées au budget de puissance, aux débits requis par les utilisateurs et au SIC. En raison de la complexité du calcul, nous concevons un algorithme heuristique qui sélectionne les CUs appropriées pour partager leurs ressources avec les clusters de PS. Ensuite, compte tenu de cette sélection, nous calculons l’allocation optimale de puissance dans chaque groupe de PS en utilisant la méthode du multiplicateur de Lagrange. Lors d’une catastrophe, les dommages causés à l’infrastructure, en particulier aux BSs, peuvent perturber l’accès des PSUs au réseau central. Pour résoudre ce problème et garantir la continuité des services PS, nous examinons l’utilisation de la norme ProSe, qui est cruciale pour la communication D2D dans le spectre avec et sans licence. En conséquence, nous proposons et validons une nouvelle architecture pour les PSNs à l’aide du simulateur de réseau Simu5G. Cette architecture utilise la technique NOMA et place la fonction ProSe et le serveur d’application ProSe dans le système MEC installé dans une station relais. Cette approche garantit la disponibilité du réseau pour le plus grand nombre possible de PSUs et leur permet d’accéder aux informations requises avec une latence minimale dans le spectre sous licence, tout en assurant le fonctionnement dans le spectre sans licence en toute sécurité et de manière efficace.