Laboratoire d'Informatique de Grenoble

 

Les réseaux étendus à faible consommation d'énergie (LPWAN) connaissent un élan sans précédent et suscitent un intérêt croissant de la part des universités et de l'industrie. Ils répondent parfaitement aux besoins d'un réseau à faible consommation d'énergie et à longue portée, capables de fournir une connectivité efficace dans une vaste zone pour construire l'Internet des objets (IoT) à grande échelle.

Cette thèse se concentre sur la technologie LoRa/LoRaWAN, un candidat LPWAN prometteur, qui offre de nombreux avantages mais présente quelques défis en termes d'évolutivité et de fiabilité.  Pendant cette thèse, nous avons commencé par considérer l'étude, l'évaluation et la caractérisation de la qualité du lien radio du réseau LoRaWAN; puis nous avons envisagé de remédier à une limitation majeure de la technologie, la méthode d'accès, en proposant une technique pour améliorer la capacité du réseau.

Dans un premier temps, nous explorons l'état actuel du réseau LoRaWAN en surveillant une passerelle LoRaWAN et en effectuant une analyse approfondie des différents paramètres utilisés par le traffic ambient.

Dans un second temps, nous évaluons et caractérisons la qualité de transmission des liens LoRa en mesurant le taux de réception de paquets (PRR) en fonction de la longueur de la charge utile. Nous avons mené de multiples expériences sur le réseau The Things Network (TTN). Elles ne montrent qu'un léger impact de la longueur de la charge utile sur le PRR.

Dans la troisième partie, nous caractérisons expérimentalement le canal sans fil en déterminant son comportement global et en examinant de quels facteurs ce comportement dépend.  Pour un émetteur placé à l'intérieur ou à l'extérieur, nous étudions le comportement du sous-canal et concluons sur la façon dont il affecte le canal global agrégé. Enfin, nous explorons la variabilité temporelle du canal pour différentes passerelles et caractérisons les differents comportement possibles.
Enfin, nous abordons l'un des principaux facteurs limitant des réseaux LoRaWAN, la méthode d'accès de type Aloha. Nous étudions comment la technologie Message In Message (MIM) pour LoRaWAN améliore la capacité du réseau en développant un modèle analytique et une simulation détaillés dans NS-3. Alors que LoRaWAN avec effet de capture ne permet d'utiliser que 23\% de la capacité du canal, nous montrons que l'intégration de MIM permet d'augmenter ce taux d'utilisation jusqu'à 35\% dans un scénario de cellule LoRaWAN unique.