Algorithms for Reliability Insurance and Traffic Differentiation in Low Power Internet of Things Communication Networks

Algorithms for reliability insurance and traffic differentiation in low power internet of things communication networks La présence toujours croissante de l'Internet des Objets (IdO), caractérisée par une pléthore de technologies indépendantes à la périphérie du réseau, appelle à une intégration transparente dans le contexte des transformations au-delà de la 5G. De nouveaux principes et technologies tels que la softwarisation et la virtualisation, le multi-access edge computing et l'intelligence artificielle ouvrent la voie à des paradigmes plus larges de "slicing" du réseau et de gestion "zero-touch". D'une part, le "slicing" du réseau postule la partition des réseaux en tranches horizontales plus ou moins isolées pour l'offre à la demande de services spécifiques avec des accords de niveau de service (SLAs) garantis. D'autre part, la gestion "zero-touch" propose une automatisation complète avec l'introduction de boucles intelligentes pour toutes les opérations de support et de maintenance afin de maintenir les SLAs. Parmi les technologies IdO, les réseaux étendus à longue portée (LoRaWANs) gagnent rapidement en popularité grâce à leur nature bon marché et facile à utiliser. LoRaWAN est une technologie de réseau étendu à faible consommation qui vise la détection et la surveillance à longue distance : les cas d'utilisation se situent généralement dans le domaine de l'agriculture (suivi du bétail, surveillance des propriétés du sol) et des villes intelligentes (gestion des parcs à vélos, surveillance des ordures, surveillance de la qualité de l'air, etc.)L'un des choix de conception de LoRaWAN est l'accès non coordonné au support radio. L'objectif est de réduire au minimum la consommation d'énergie des appareils à activité intermittente en simplifiant la pile de protocoles de communication. Par conséquent, les collisions sont fréquentes dans les déploiements denses et se traduisent par une opération "best effort", une utilisation intrinsèquement inefficace des ressources et un manque de qualité. Une mesure de performance clé pour une application utilisant LoRaWAN est le taux de livraison de paquets (PDR).Dans cette thèse, nous examinons les questions ouvertes concernant l'intégration de LoRaWAN dans un cadre de découpage du réseau et de gestion "zero-touch". LoRaWAN introduit un certain nombre de défis dans le réseau d'accès radio : une action limitée dans le partitionnement des ressources radio, des opportunités de contrôle des appareils peu nombreuses, et aucune spécification d'exigence réaliste pouvant être intégrée dans les SLAs pour permettre le "slicing" du réseau. Dans nos contributions, nous étudions tout d'abord l'introduction de la différenciation de la qualité du trafic basée sur le PDR dans le réseau LoRaWAN, en montrant sa faisabilité et son intérêt potentiel dans des scénarios denses. Sur la base de nos résultats, nous améliorons notre allocation de ressources avec une technique en ligne pour la gestion du PDR qui s'adapte aux changements et qui est beaucoup plus efficace. Enfin, nous capitalisons sur nos vastes efforts de simulation pour produire un outil open-source permettant l'émulation haute fidélité et de bout en bout des services LoRaWAN ultra-denses sur des infrastructures du monde réel.