Vers une utilisation des réseaux publics pour les communications aéronautiques liées à la sûreté

Towards the use of public networks for safety-related aeronautical communications

• Auteur / Autrice : Cyril Louis-Stanislas
• Direction : Emmanuel Lochin, José Radzik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 10/05/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Signal, communication, antenne et navigation, radar (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département électronique, optronique et signal
• Jury : Président / Présidente : Thierry Gayraud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Lochin, José Radzik, Anne Fladenmuller, Pascal Lorenz, Antoine Auger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Fladenmuller, Pascal Lorenz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

Aéronautique

Mots clés libres

Aéronautique

Réseaux satellite

Télécommunications

Aeronautical communications

Satellite Network

Telecommunication

Résumé

Les réseaux aéronautiques commerciaux font l'objet d'une attention croissante de la part des différents acteurs de l'aéronautique (par exemple, l'aviation civile internationale, les compagnies aériennes, l'avionique, ...). De plus, avec la prochaine génération de réseaux d'accès public (c'est-à-dire le réseau cellulaire 5G, l'internet par satellite proposé par Starlink, Kuiper ou Telesat), les réseaux aéronautiques commerciaux seront plus rapides, moins chers et plus fiables. Ces réseaux sont désormais des candidats potentiels pour les communications aéronautiques critiques, qui utilisaient jusqu'à présent une technologie vieillissante et coûteuse.Le nombre d'avions commerciaux offrant des services de connectivité en vol (IFC) à leurs passagers (pour la navigation web, les réseaux sociaux, le streaming audio et vidéo) augmente rapidement. En outre, la qualité du service fourni aux passagers, ainsi que l'émergence et l'adoption de solutions de connectivité améliorées, engendrent un marché concurrentiel. Pour répondre à cette demande croissante et proposer la meilleure expérience possible aux passagers, les compagnies aériennes équipent leurs avions de systèmes de communication à large bande tels que les systèmes de communication par satellite en bande Ku/Ka. Ces systèmes IFC sont de plus en plus performants, avec plus de capacité réseau, moins de retard et une meilleure fiabilité.Cette thèse vise à étudier tous les avantages de l'utilisation de ces réseaux publics commerciaux pour les communications critiques en matière de sûreté en vue d’offrir une alternative plausible aux réseaux historiques supportant le trafic critique. Les objectifs sont de pondérer la cohérence de leur utilisation comme solution de secours, d'analyser et de discuter les obstacles potentiels, et enfin de proposer une solution technique résolvant tous ces problèmes.La proposition finale est la conception d'une architecture hybride innovante, combinant à la fois les réseaux de sécurité et les réseaux publics sur la base de mécanismes spécifiques identifiés.

Commercial aeronautical networks are getting more and more attention from various aeronautical stakeholders (e.g., International Civil Aviation, airlines, avionics, ...). Moreover, with the next generation of public access networks (i.e. 5G cellular network, satellite internet proposed by Starlink, Kuiper or Telesat), commercial aeronautical networks will be faster, cheaper, and more reliable. As a matter of fact, these networks are now good candidates to support safety-critical aeronautical communications, using aging and expensive technology until now.The number of commercial aircraft offering in-flight connectivity (IFC) services to their passengers (for web browsing, social networks, audio and video streaming) is growing rapidly. Furthermore, the quality of service provided to the passengers, and the emergence and adoption of improved connectivity solutions lead to a competitive market. To meet this growing demand and provide the best possible passenger experience, airlines equip their aircraft with broadband communications systems such as Ku/Ka-band satellite communication systems. These IFC systems are increasingly capable, offering more network capacity, less delay, and better reliability.This thesis aims to study all the advantages of using these commercial public networks for safety-critical communications to offer a plausible alternative to historical networks supporting critical traffic. The objectives are to weigh the consistency of their use as a backup solution, to analyze and discuss the potential obstacles, and finally to propose a technical solution solving all these problems.The final proposition is the conception of an innovative hybrid architecture, mixing up both safety and public networks based on specific identified mechanisms.