Analyse et optimisation de l'efficacité énergétique de la communication par lumière visible dans les réseaux IoT 6G

Energy Efficiency Analysis and Optimization of Visible Light Communication in 6G IoT Networks

• Auteur / Autrice : Dayu Shi
• Direction : Xun Zhang, Andrei Vladimirescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Informatique, Signal et Image, Électronique et Télécommunication (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alexis Fischer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bastien Bechadergue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pietro Maris Ferreira, Anne Julien-Vergonjanne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes électroluminescentes

Systèmes de communication sans fil

Internet des objets

Télécommunications optiques

Mots clés libres

Communication par lumière visible

Efficacité énergétique

IoT

Visible Light Communication

Energy Efficiency

IoT

Résumé

Cette thèse se concentre sur la problématique de l'analyse et de l'optimisation de l'efficacité énergétique de la Communication par Lumière Visible (VLC) dans les réseaux 6G de l'Internet des Objets (IoT). L'objectif est d'améliorer davantage l'efficacité énergétique des systèmes VLC en vue de leur commercialisation dans les futures applications IoT 6G. Cette thèse apporte trois contributions majeures qui comblent des lacunes importantes dans les recherches actuelles. Premièrement, un modèle de dispositif basé sur la physique pour les diodes électroluminescentes (LED) adapté aux systèmes VLC est élaboré, capturant la non-linéarité intrinsèque de la LED dans les systèmes VLC. Deuxièmement, sur la base du modèle de dispositif établi, une méthode innovante d'optimisation de l'efficacité énergétique est proposée pour remédier à la négligence de la fonctionnalité d'éclairage du système VLC dans les recherches existantes. Enfin, en intégrant le modèle théorique proposé et la méthode d'optimisation, une plateforme d'émulation du système VLC est développée. Cette plateforme combine de manière synergique l'étalonnage empirique avec des scénarios de simulation, garantissant ainsi la précision et la polyvalence de l'émulation du système VLC. En général, cette thèse apporte des réalisations théoriques et d'ingénierie à l'analyse et à l'optimisation des systèmes VLC dans les réseaux IoT 6G. Les contributions théoriques sont basées sur le modèle de dispositif fondamental et s'étendent à l'algorithme d'optimisation du système, intégrées dans un outil d'émulation précis et universel pour l'optimisation de l'efficacité énergétique du système VLC. Les contributions répondent à l'objectif de la thèse de perfectionner et d'innover les stratégies d'efficacité énergétique VLC pour les applications IoT 6G et d'approfondir les recherches actuelles dans ce domaine.

This thesis focuses on the research issue of energy efficiency analysis and optimization of Visible Light Communication (VLC) in 6G Internet of Things (IoT) Networks, aiming to further enhance the energy efficiency of VLC systems toward commercialization in future 6G IoT applications. This thesis makes three pivotal contributions that address significant gaps in the existing research. First, a physics-based Light-Emitting Diode (LED) device model tailored to VLC systems is derived, capturing the intrinsic nonlinearity of the LED in VLC systems. Second, building upon the established device model, an innovative energy efficiency optimization method is proposed to rectify the neglect of the VLC system's illumination functionality in existing research. Lastly, integrating the proposed theoretical model and optimization method, a VLC system emulation platform is developed. This platform synergistically combines empirical calibration with simulation scenarios, thereby ensuring both the accuracy and the versatility of the VLC system emulation. In general, this thesis contributes both theoretical and engineering achievements to the analysis and optimization of VLC systems in 6G IoT networks. The theoretical contributions are established from the fundamental device model extending to the system optimization algorithm and are programmed into a precise and universal emulation tool for VLC system energy efficiency optimization. The contributions answered the thesis objective to refine and innovate VLC energy efficiency strategies for 6G IoT applications and advance the current research in the domain.