Interopérabilité et mutualisation des ressources pour les systèmes communicants hybrides orientés Smart-City

Interoperability and pooling of resources for smart-city-oriented hybrid communicating systems

• Auteur / Autrice : Kerima Saleh Abakar
• Direction : Pascal Lorenz, Abdelhafid Abouaissa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (Mulhouse) - Institut de Recherche en Informatique Mathématiques Automatique Signal / IRIMAS

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux (aménagement du territoire)

Internet des objets

Villes intelligentes

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Interopérabilité

Mutualisation des ressources

Systèmes communicants hybrides

Smart City

Réseaux connectés

Technologie de communication

Internet des objets (IoT)

Capteurs intelligents

Infrastructures urbaines intelligentes, LoRaWAN, ADR

Interoperability

Resource pooling

Hybrid communicating systems

Smart City

Connected networks

Communication technology

Internet of Things (IoT)

Smart sensors

Smart urban infrastructures, LoRaWAN, ADR

Résumé

Le LPWAN, ou Low Power Wide Area Network, est un type de réseau de communication sans fil à faible débit, de large couverture avec une consommation minimale d’énergie. La variante LoRaWAN, Long Range Wide Area Network permet de connecter un grand nombre d'appareils sur de vastes zones. Cependant, ces réseaux présentent des limites en termes de qualité de service (QoS). Ce travail propose des solutions d'optimisation susceptibles de permettre à ce réseau de répondre aux exigences de la connectivité des villes intelligentes. Nos recherches ont permis de détecter l’impact du facteur charge utile (Payload) sur les indicateurs clés de la QoS. Le facteur History Range (HR) lié au mécanisme d’auto-adaptation de débits de données (ADR), servant de base de changement dynamique du Data Rate (DR) du mécanisme ADR a également été étudié. Grâce à l’ajustement de ce paramètre, les simulations conduites sur NS3 ont permis d’obtenir un taux de PDR allant jusqu’à 88% par rapport au mécanisme ADR natif et ont réduit les pertes liées aux interférences de 20%. Partant des analyses citées, nous proposons le mécanisme d’optimisation LLNRM qui présente des résultats meilleurs que les autres approches d'optimisation de référence, avec une amélioration allant jusqu'à 40 % du PDR avec deux passerelles et de plus de 25 % avec cinq passerelles. Ces résultats mettent également en évidence la capacité de LLNRM à améliorer les performances du réseau dans des scénarios de type urbain.Sur le plan général, les contributions issues de cette thèse permettraient à LoRaWAN de répondre aux besoins des villes intelligentes, ce qui est un gage de l’atteinte des Objectifs de Développement Durable (ODD9).

LPWAN, or Low Power Wide Area Network, is a type of low-speed wireless communication network with wide coverage and minimal power consumption. The LoRaWAN variant, Long Range Wide Area Network, allows a large number of devices to be connected over large areas. However, these networks have limitations in terms of quality of service (QoS). This work proposes optimization solutions that could enable this network to meet the connectivity requirements of smart cities. Our research has detected the impact of payload factor on key QoS metrics. The History Range (HR) factor related to the data rate self-adaptation (ADR) mechanism, serving as a basis for dynamic change in the Data Rate (DR) of the ADR mechanism, was also studied. Thanks to the adjustment of this parameter, the simulations conducted on NS3 allowed to obtain a PDR rate of up to 88% compared to the native ADR mechanism and reduced the interference losses by 20%. Based on the above analyses, we propose the LLNRM optimization mechanism which presents better results than other reference optimization approaches, with an improvement of up to 40% of the PDR with two gateways and more than 25% with five gateways. These results also highlight LLNRM's ability to improve network performance in urban scenarios. In general, the contributions resulting from this thesis would allow LoRaWAN to meet the needs of smart cities, which is a guarantee of the achievement of the Sustainable Development Goals (SDG9).