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Étude de mécanismes d’auto-configuration et d’auto-adaptation pour un système IoT d’observation de l’environnement reposant sur la science participative : application à la technologie LoRa
Equipe
Site web de l'équipe
Date de début de thèse (si connue)
01/10/2023
Lieu
Vannes
Unité de recherche
IRISA - UMR 6074
Description du sujet de la thèse
L’observation de l’environnement est essentielle pour étudier et comprendre l’impact du changement climatique sur des écosystèmes, mais aussi pour protéger les personnes, leurs biens et leur environnement des risques et catastrophes liés à ce changement. Cette observation peut reposer sur la mesure de grandeurs physiques à l’aide de capteurs communicants. Les valeurs ainsi mesurées sont généralement transmises pour traitement et exploitation à un serveur central via un réseau cellulaire, dont l’accès est assujetti à un abonnement (e.g. NB-IoT, 3G/4G/5G), ou via un réseau étendu à basse consommation ne nécessitant pas forcement d'abonnement (e.g. LoRa). Ces capteurs communicants peuvent parfois former eux-mêmes un réseau (réseau maillé/ad hoc) et participer à l’acheminement des données vers un serveur central. LoRa est l’une des principales technologies de communication sur lesquelles reposent les réseaux étendus à basse consommation. LoRa fonctionne sur les bandes de fréquences ISM (Industriel, Scientifique et Médical) 868MHz et 2.4GHz. LoRa 868 MHz offre des débits compris entre 180 bit/s et 11 kbit/s, et des portées pouvant aller jusqu’à une quinzaine de kilomètres dans un environnement dégagé. En Europe, les technologies de communication utilisant des bandes de fréquences ISM inférieures à 1GHz sont soumises à des limitations d’usage du canal radio (1% du temps d’utilisation du canal radio pour LoRa). La bande de fréquences ISM 2.4 GHz n’impose elle pas de contraintes sur le temps d’occupation du canal radio pour LoRa. Elle offre un débit plus élevé, mais des portées radio moindres – de l’ordre de 5 km en environnement dégagé.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude et de la proposition d'un système IoT d'observation de l'environnement reposant sur la science participative, qui avec l'aide des citoyens, devrait permettre d'augmenter le nombre de capteurs communicants, et ainsi contribuer à améliorer les modèles théoriques et les prédictions d’événements climatiques. Le système proposé reposera sur des composants à bas coût et sur étagères, et sur un réseau LoRa hybride et dynamique à connectivité intermittente.
Cette thèse vise à étudier et à définir des mécanismes d'auto-configuration et d'auto-adaptation permettant aux dispositifs de capture de données de s'intégrer de manière transparente dans un réseau existant. Ces mécanismes devront ainsi permettre aux dispositifs de capture 1) de découvrir s'ils sont à portée radio d'une (ou plusieurs) passerelle(s) ou d'autres dispositifs de capture; 2) de découvrir quels sont les paramètres et les bandes de fréquences LoRa utilisés pour les transmissions (facteur d'étalement de spectre, taux de codage, fréquence de 868MHz ou fréquence de 2.4GHz); 3) d'adapter leur puissance de transmission; 4) et d'identifier et de définir des fenêtres de transmission afin que ces dispositifs puissent échanger des données avec des dispositifs voisins. Ces mécanismes devront en outre pouvoir être exploités par un protocole de communication opportuniste multi-sauts adapté fonctionnant sur la couche physique LoRa. Ces mécanismes devront tenir compte des spécificités de LoRa fonctionnant sur les bandes de fréquences ISM 868MHz et 2.4GHz pour déterminer quelle est la bande de fréquences la plus adaptée à la transmission des données du dispositif
Dans le cadre de cette thèse, le ou la candidat(e) s'attachera dans un premier temps à réaliser une étude bibliographique des solutions existantes. Puis dans un second temps, il (ou elle) devra proposer une solution répondant au problème énoncé ci-dessus, et réaliser un prototype expérimental pour valider en conditions réelles et en simulation les idées proposées.
Bibliographie
Liste des encadrants et encadrantes de thèse
Nom, Prénom
GUIDEC Frédéric
Type d'encadrement
Directeur.trice de thèse
Unité de recherche
IRISA
Département
Equipe
Nom, Prénom
LE SOMMER Nicolas
Type d'encadrement
Co-encadrant.e
Unité de recherche
IRISA
Département
Equipe
Contact·s
Nom
LE SOMMER Nicolas
Email
nicolas.le-sommer@univ-ubs.fr
Mots-clés
IoT, Communications opportunistes, auto-configuration, auto-adaptation