Towards reliable communication in LTE-A connected heterogeneous machine to machine network

Résumé

La communication machine à machine (M2M) est une technologie émergente qui permet à des dispositifs hétérogènes de communiquer entre eux sans intervention humaine et donc de former le soi-disant Internet des choses (IoTs). Les réseaux cellulaires sans fil (WCN) jouent un rôle important dans le déploiement réussi de la communication M2M. En particulier, le déploiement massif continu de l’évolution à long terme (LTE-A) permet d’installer le réseau M2M dans la plupart des zones urbaines et éloignées, et en utilisant le réseau backhaul LTEA, une communication en réseau sans faille est établie entre les noeuds MTC et -applications. Cependant, la couverture étendue du réseau ne garantit pas une mise en oeuvre réussie de la communication M2M dans le LTE-A, et il y a donc encore des défis. Une transmission fiable et efficace en l’énergie est peut-être la demande des plus importante pour diverses applications M2M. Parmi les facteurs qui affectent la fiabilité de la communication M2M, figurent le retard élevé de bout en bout et le taux élevé d’erreur binaire. L’objectif de la thèse est de fournir une communication M2M fiable dans le réseau LTE-A. Dans ce but, pour alléger la congestion de signalisation sur l’interface aérienne et l’agrégation de données efficace, nous considérons une architecture basée sur le cluster où les périphériques MTC sont regroupés en nombre de clusters et les trafics sont transmis à travers certains noeuds spéciaux appelés tête de cluster (CHs) aux Stations de Base (BS) en utilisant des transmissions mono ou multisaut. Dans de nombreux scénarios de déploiement, certaines machines sont autorisées à se déplacer et à changer leur emplacement dans la zone de déploiement à très faible mobilité. En pratique, les performances de la transmission de données se dégradent souvent avec l’augmentation de la distance entre CHs voisins. CH doit être réexaminé dans de tels cas. Cependant, la réélection fréquente des CH entraîne un contre-effet sur le routage et la reconfiguration de l’allocation des ressources associée aux protocoles qui dépendent du CH. En outre, la qualité de la liaison entre un CH-CH et un CH-BS est très souvent affectée par divers facteurs environnementaux dynamiques tels que la chaleur et l’humidité, les obstacles et les interférences RF. De nombreuses solutions ont été proposées pour lutter contre le canal sans fil à risque d’erreur, comme la demande de répétition automatique (ARQ) et le routage multipath. Dans le premier schéma, l’émetteur retransmet le paquet entier même si la partie du paquet a été reçue correctement et dans le dernier, le récepteur peut recevoir les mêmes informations à partir de chemins multiples ; donc les deux techniques sont inefficaces en rapport à la bande passante et l’énergie. En outre, avec la retransmission, le délai global de bout en bout peut dépasser le budget de délai maximal autorisé. Sur la base des observations susmentionnées, nous identifions le canal CH à CH comme étant l’un des goulots d’étranglement pour fournir une communication fiable dans le cluster base sur le réseau hiérarchique M2M et nous présentons une solution complète pour soutenir les communications coopératives codées par fontaine. Notre solution couvre de nombreux aspects, de la sélection de relais à la formation coopérative pour répondre aux exigences de QoS de l’utilisateur. Dans la première partie de la thèse, nous concevons d’abord un algorithme de sélection de relais incrémentiels codés sans raillerie (RCIRS) basé sur des techniques gourmands pour garantir le débit de données requis avec un coût minimum. Ensuite, nous développons des protocoles de communication coopératifs codés par fontaine pour faciliter la transmission de données entre deux CH voisins. Dans la deuxième partie, nous proposons des systèmes de codage de réseau commun et de fontaines pour une communication fiable. Grâce au codage de canal de couplage et au codage de réseau, simultanément dans la couche physique, les schemas de codage de réseau conjoint et de fontaine exploitent efficacement la redondance des deux codes et combattent efficacement l’effet néfaste des conditions d’affaiblissement du signal dans des canaux sans fil. Dans le schéma proposé, après décodage correct des informations provenant de sources différentes, un noeud relais applique un codage réseau et fontaine sur les signaux reçus puis transmet à la destination dans une seule transmission. Par conséquent, les schémas proposés exploitent la diversité spatiale et améliorent l’efficacité de la bande passante. Dans la troisième partie, nous nous concentrons sur la transmission uplink fiable entre CHs et BS où les CHs transmettent directement à BS ou à l’aide des noeuds de relais LTE-A (RN). Nous étudions le réseau LTE-A amélioré de type I et de type II et proposons un ensemble conjoint de systèmes de codage réseau et fontaine qui permettent de lutter efficacement contre l’effet néfaste des canaux d’évanouissement sans fil et d’améliorer la robustesse des liaisons. Enfin, les solutions proposées sont évaluées par des simulations numériques étendues et les résultats numériques sont présentés pour fournir une comparaison avec les travaux connexes trouvés dans la littérature.

Date	19 juin 2017
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Michel Kadoch (Directeur(-trice)) & Bo Rong (Codirecteur(-trice))