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Expérimentation IoT large échelle pour les smart cities (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR8520-FRELEF-040
Lieu de travail : VILLENEUVE D ASCQ
Date de publication : lundi 4 novembre 2019
Nom du responsable scientifique : Pr Laurent CLAVIER
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 2 décembre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Projet / Sujet : Mesure de la qualité de l'environnement et passage à l'échelle des réseaux d'objets communiquant.

Innovations / Verrous à lever :
- Fiabilité des communications pour l'IoT (petits paquets, interférence non Gaussienne) et intégrité des données reçues ;
- Passage à l'échelle et expérimentations en environnement réels (confrontation aux usages et aux usagers) ;
- Association de mesures régulières et de capteurs réagissant à des évènements spécifiques.

Description des travaux :
La ville intelligente, l'homme connecté, la surveillance de l'environnement… autant d'applications qui nécessitent de récupérer des informations par l'intermédiaire d'objets communiquant. Le nombre d'objets ne cesse d'augmenter et cela s'accompagne d'un accroissement massif des transmissions sans fils, d'une hétérogénéité des systèmes déployés et de la grande variabilité des environnements (spatiale, temporelle). Qui plus est les protocoles d'accès à la ressource radio doivent être réduits à leur strict minimum (grant free access, Non Orthogonal Multiple Access - NOMA). Une conséquence majeure est l'impact accru des interférences. Les futurs réseaux devront alors faire face à deux défis : la robustesse et l'adaptabilité, ceci avec une forte contrainte énergétique et de durée de vie.

En particulier, les interférences ne présenteront pas le comportement gaussien traditionnel généralement supposé dans les réseaux hétérogènes IoT / M2M mais aura un comportement plus impulsif [1,2]. Cette impulsivité aura un impact majeur sur les réseaux futurs qu'il est important de comprendre, en particulier pour des paquets courts pour lesquels une ou plusieurs impulsions fortes peuvent dégrader de manière drastique les performances [3]. Cet impact reste cependant difficile à déterminer. Si des approches théoriques (comme la géométrie stochastique par exemple) tentent d'apporter des réponses [4], les résultats d'expérimentations manquent cruellement pour optimiser les liens radios. De plus, il est difficilement concevable d'effectuer des expérimentations satisfaisantes dans un environnement de laboratoire puisqu'il faut déployer un grand nombre de nœuds, une variété de protocoles et les évaluer dans un environnement qui évolue dans le temps.

Les objectifs du projet sont donc de déployer un grand nombre d'objets communiquant dans des lieux de vie. Nous visons deux lieux spécifiques, représentatifs des smart cities : un environnement indoor – learning center Lilliad – et un environnement outdoor – passage numérique, ville de Lomme. Les premières applications visées concernent la qualité de l'environnement (pollution de l'aire, pollution sonore, pollution électro-magnétique) et la gestion du learning center (occupation des places, déplacements des usagers…).

Ce projet aura des interactions avec « Circuits neuro-inspirés événementiels pour l'extraction de caractéristiques, l'apprentissage automatique et la classification de signaux audio / ExG / capteurs », dans le cadre du même programme IPCEI. Projet porté par Antoine Frappé et Andreia Cathelin.

Le projet s'articule autour de deux axes :
* Axe 1 : Solutions NOMA pour les communications M2M en liaison montante. L'objectif est de définir des stratégies d'émission et de réception à la fois économes en énergie mais également robuste dans le cadre de l'IoT, c'est-à-dire pour des transmissions sporadiques et des interférences pouvant parfois avoir des comportements non Gaussiens. En particulier la conception des récepteurs et les traitements numériques permettant d'implémenter les non-linéarités nécessaires à la réception optimale seront étudiés, sur la base d'une technologie 28nm FD-SOI en conditions d'efficacité énergétique. Le contrôle de gain et la réponse de l'amplificateur faible bruit pourront être adaptés, les saturations de l'amplificateur impactant naturellement la nature même de l'interférence. Le codage correcteur d'erreur et des techniques MIMO seront également pris en compte dans le travail. Qui plus est, dans le cas d'approches de type LP-WAN, le récepteur devra être en mesure de traiter un grand nombre de signaux asynchrones [5,6].
* Axe 2 : Expérimentation dans un environnement réel. L'objectif est de développer les solutions proposées, a minima sur des outils de type radio logiciel, et de le mettre en œuvre dans des environnements où d'autres technologies sont déjà fonctionnels, parfois dans les mêmes bandes de fréquence (à 2.4 GHz par exemple).

Contexte de travail

Affectation dans le groupe CSAM de l'IEMN, bâtiment IRCICA, Campus CNRS de la Haute Borne à Villeneuve d'Ascq

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