Description du sujet de thèse

La multiplication des communications entre les hommes et les objets a concrétisé le concept d'informatique omniprésente par le biais de son aboutissement naturel, l'internet des objets (Internet of Things, IoT). Un paradigme de réseau aussi révolutionnaire a déclenché la proposition d'un nombre considérable de solutions technologiques simultanées. En particulier, les technologies LPWAN (Low Power Wide Area Networks) joueront un rôle clé dans le développement de solutions d'agriculture intelligente, ainsi que dans de nombreuses autres applications, notamment le réseau intelligent, la surveillance de l'environnement et la gestion des urgences, entre autres. Toutefois, les technologies terrestres susmentionnées ne parviennent pas à assurer une connectivité globale. Les réseaux terrestres sont également très vulnérables en cas de catastrophes naturelles ou d'attaques terroristes. Les réseaux d'accès par satellite et, en particulier, les constellations de satellites à grande échelle en orbite terrestre basse (Low Earth Orbit, LEO) ont montré qu'ils pouvaient étendre les réseaux terrestres pour résoudre les problèmes susmentionnés. Dans ce contexte, les satellites peuvent être utilisés pour soutenir une expansion mondiale du marché prometteur de l'IoT. Récemment, la combinaison des réseaux satellitaires et des technologies LPWAN a été proposée comme une architecture de réseau hybride prometteuse [1,2]. En effet, les réseaux satellitaires de backhauling interconnectant les passerelles LPWAN offrent à la fois une accessibilité dans les zones reculées et une redondance en cas d'interruption de service du réseau terrestre [3]. Parmi les technologies LPWAN, NB-IoT (Narrowband IoT) a été conçu par le 3GPP pour gérer le trafic IoT sur le spectre sous licence, et son déploiement à grande échelle sera facilité par son interopérabilité inhérente avec les réseaux 5G et 6G. Cependant, pour faire face à la variation du décalage Doppler et du délai de propagation inhérents à la communication avec des constellations de satellites LEO se déplaçant à grande vitesse sur la zone surveillée, le 3GPP impose l'équipement d'appareils de faible puissance avec un récepteur GNSS. Cela permet aux appareils de connaître leur position et de se synchroniser avec les satellites LEO qui diffusent leurs paramètres orbitaux d'éphémérides. Remarquablement, le GNSS est une source indésirable de consommation d'énergie et rend cette architecture non résiliente en cas de défaillance du service GNSS, de pannes, etc. Certaines idées ont été développées pour concevoir un schéma de synchronisation sans GNSS pour les communications NB-IoT vers des constellations de satellites LEO avec une couverture discontinue [4,5]. Dans ce contexte, la recherche envisagée par ce programme de thèse comprend : (i) la conception et la mise en œuvre d'une émulation expérimentale au sol d'un satellite LEO équipé de capacités NB-IoT capables d'imiter les modèles de courbe Doppler ; (ii) l'évaluation des performances des stratégies [4,5] ; (iii) l'étude de la précompensation temporelle et fréquentielle pour permettre une communication à faible consommation avec les satellites LEO et faire du NB-IoT une solution viable pour des applications IoT fiables.
[1] M. R. Palattella, N. Accettura. “Enabling Internet of Everything Everywhere: LPWAN with satellite backhaul.” GIIS 2018, Thessaloniki, Greece.
[2] J. Fraire, S. Céspedes, N. Accettura. “Direct-To-Satellite IoT - A Survey of the State of the Art and Future Research Perspectives: Backhauling the IoT Through LEO Satellites.” ADHOC-NOW 2019, Luxembourg.
[3] Z. Zhou, M. Afhamisis, M. R. Palattella, N. Accettura, P. Berthou. “Pervasive LPWAN connectivity through LEO Satellites: trading off reliability, throughput, latency, and energy efficiency.” In Low-Power Wide-Area Networks: Opportunities, Challenges, Risks and Threats, Springer, 978-3-031-32934-0
[4] Z. Zhou, N. Accettura, R. Prévost, P. Berthou. “Lightweight synchronization to NB-IoT enabled LEO Satellites through Doppler prediction.” IEEE WiMob 2023, Montreal, Canada
[5] Z. Zhou, N. Accettura, P. Berthou. “A wake-up strategy enabling GNSS-free NB-IoT links to sparse LEO satellite constellations.” IEEE Internet of Things Journal, vol. 12, no. 12, pp. 21996-22011, 2025, doi: 10.1109/JIOT.2025.3551911

Contexte de travail

Le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) est une unité propre du CNRS avec des activités dans de nombreux domaines.
La thèse se déroulera au sein de l'équipe SARA (Services et Architectures pour les Réseaux Avancés) sous la direction de Nicola Accettura (nicola.accettura@laas.fr), dans le cadre du projet ANR PEPR DONUTS.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.