Service de communication d'urgence sans fil 5G fiable

Reliable emergency service for 5G networks

• Auteur / Autrice : Vishaka Basnayake Mudiyanselage
• Direction : Hakim Mabed, Dushantha Nalin Kumara Jayakody Arachchilage, Philippe Canalda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/06/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Sri Lanka Technological Campus (2014-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Mitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : G. Lakshmi Sutha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gentian Jakllari

Mots clés

Mots clés contrôlés

5G (téléphonie mobile)

Mots clés libres

Systèmes de communication d'urgence

Appareil à appareil

Accès multiple non-orthogonal asynchrone

Phériphérique à périphérique

Localisation

Protocole d'appel d'urgence multi-sauts

Hors de la couverture

Emergency communication systems

Device-to-device

Asynchronous non-orthogonal multiple access

Localization

Multi-hop emergency call protocol

Out-of-coverage

Résumé

Pendant les catastrophes à grande échelle, des systèmes de communication d'urgence fiables, réactifs et économes en énergie sont cruciaux. Cette thèse se concentre sur la conception de systèmes de communication d'urgence fiables pour des scénarios de catastrophe dans des zones hors couverture. Les systèmes proposés sont conçus pour fonctionner de manière transparente à travers les couches de liaison de données, de réseau et d'application. À la couche de liaison de données, un nouveau schéma de décodage appelé Cyclic Triangular Successive Interference Cancellation (Cyclic T-SIC) est proposé pour améliorer la fiabilité dans les communications D2D assistées par l'Asynchronous NOMA. De plus, au niveau du réseau, de nouveaux protocoles multi-sauts, à savoir Multi-Hop Emergency caLl Protocol (M-HELP) et 5G Standalone Service (5G-SOS) qui sont conformes aux normes 3GPP, sont introduits pour réduire le trafic de contrôle et améliorer la fiabilité de transfert d'informations d'urgence. De plus, un nouvel algorithme de localisation multi-victimes (MVLA) est proposé au niveau de l'application pour localiser les dispositifs des victimes pendant les urgences. Ce schéma utilise les données radio des appels d'urgence multi-sauts assistés par D2D hors bande et applique des méthodes de satisfaction de contraintes pour localiser les victimes de manière progressive. De plus, une architecture de service d'urgence est également proposée, comprenant un modèle d'apprentissage automatique optimisé pour localiser les zones encombrées de population pendant les pandémies. En comparant et en évaluant les méthodes et les schémas proposés avec les approches conventionnelles de pointe, des connaissances précieuses sont obtenues sur la conception de systèmes de communication d'urgence efficaces et optimaux pour les zones avec une couverture réseau limitée.

During large-scale disasters, emergency communication systems that are reliable, responsive, and energy-efficient are crucial. This thesis focuses on designing reliable emergency communication systems for disaster scenarios in out-of-coverage areas. The proposed systems are designed to work seamlessly across the data link, network, and application layers. At the data link layer, a new decoding scheme named Cyclic Triangular Successive Interference Cancellation (Cyclic T-SIC) is proposed to enhance the reliability in Asynchronous NOMA-assisted D2D communications.Moreover, at the network layer, new multi-hop protocols namely Multi-Hop Emergency caLl Protocol (M-HELP) and 5G Standalone Service (5G-SOS) that comply with 3GPP standards are introduced to reduce control traffic and improve emergency information transfer reliability. Moreover, a new Multi Victim Localization Algorithm (MVLA) is proposed at the application layer to locate victim devices during emergencies. This scheme uses radio data from outband D2D-assisted multi-hop emergency calls and applies constraint satisfaction methods to locate victims in a progressive propagation manner. Additionally, an emergency service architecture is also proposed comprising an optimized machine learning model to locate population-congested areas during pandemics.By comparing and evaluating the proposed methods and schemes with conventional state-of-the-art approaches, valuable insights are obtained into the design of efficient and optimal emergency communication systems for areas with limited network coverage.