Vers des communications LoRaWAN adaptées au context VANET

L’Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (IRIMAS) est une équipe d’accueil (EA 7499) de l’Université de Haute-Alsace (UHA).

Cet institut interdisciplinaire rassemble tous les travaux de recherche liés aux disciplines des mathématiques, de l’informatique, de l’électronique, de l’électrotechnique, de l’automatique et du traitement du signal et de l’image à l’Université de Haute-Alsace  .

L’IRIMAS est associé à l’École Doctorale 269 Mathématiques, Sciences de l’Information et de l’Ingénieur (MSII) de l’Université de Haute-Alsace et de l’Université de Strasbourg.

Environnement :
Le stagiaire sera encadré par des membres travaillant au sein des équipes RT et OMEGA
du laboratoire IRIMAS, UHA, Mulhouse. IRIMAS offre un environnement scientifique de
haut niveau accueillant de nombreux chercheurs travaillant sur différents domaines, allant du domaine de l'IA à l'optimisation en passant par la théorie de la communication.

Les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Networks) [1] font l’objet d’une attention croissante à la fois des industriels du secteur, pour l’intérêt technologique et économique de cette solution, et de la communauté scientifique, du fait des verrous restant à relever pour cette technologie nouvelle. Ce double-intérêt vient principalement de la capacité de ces réseaux à offrir une connectivité aux appareils répartis sur des zones géographiques très étendues avec une très basse consommation énergétique et donc un très faible coût. Dans ce contexte, LoRa/LoRaWAN représente une des solutions phares dans le marché qui est exploitée dans diffèrent domaine d’application. Parmi les applications peu explorées où LoRa/LoRaWAN peut apporter un grand plus, il y a les systèmes de transport coopératif-intelligents (C-ITS) et plus particulièrement les communications V2X (Vehicle-to-Everything) et V2I (Vehicle-to-Infrastructure) dans le domaine des réseaux VANET (Vehicular Ad-hoc Networks). Dans de tels réseaux, chaque composante (véhicule, bus, tramway, infrastructure routière, moto, vélo, piéton, etc.) coopère avec les autres pour faciliter la mobilité des citoyens, améliorer l'efficacité des systèmes de transport et contribuer à réduire leurs coûts et leurs effets sur l'environnement. Dans cette optique, ce stage vise à étudier une architecture réseau pour les communications V2X/V2I avec LoRa/LoRaWAN.

Dans un premier temps, le travail du stagiaire sera d’étudier l’impact de la mobilité sur les nœuds LoRa/LoRaWAN. En effet, cette solution repose sur de nombreux paramétrages au niveau des transmissions (couche physique) [2,3] qui influencent les caractéristiques du réseau et plusieurs limitations sont rencontrées [4,5,6] notamment celle liée à l’orthogonalité imparfaite des facteurs d’étalement de spectre (SF). Ces limitations peuvent être causées par des interférences co-SF (c'est-à-dire des interférences provenant de transmissions utilisant le même facteur d'étalement) ou des interférences cross-SF (c'est-à-dire des interférences provenant de transmissions utilisant différents facteurs d'étalement). Ainsi, pour être correctement décodé, un paquet d’information envoyé à un SF donné doit respecter les marges du rapport signal sur interférence plus bruit (SINR) avec tous les autres facteurs d'étalement [7]. Ce constat sera sans doute plus prononcé dans un contexte de mobilité, d’où la nécessité de cette étude.  

Dans un deuxième temps, une analyser les spécifications de latence, de débit, de portée et de fiabilité nécessaires pour ce type de communications doit être faite ainsi qu’une évaluation de la compatibilité de LoRa/LoRaWAN avec ces exigences et une identification les limites potentielles.

Ainsi le travail du stagiaire sera le suivant :

• Revue de la littérature sur les réseaux LoRa/LoRaWAN et leur utilisation dans les VANETs.
• Identification des limitations actuelles : orthogonalité imparfaite des SF, effet Doppler, latence et interférences dans les communications V2X (V2V, V2I).
• Prise en main du simulateur NS3 avec le module LoRa/LoRaWAN [8]
• À l’issue de l’étude bibliographique, certaines propositions seront choisies afin de les implémenter sous le simulateur et de les confronter entre elles.
• Proposer une solution pour améliorer les performances de LoRa dans les VANETs en ajustant les paramètres physiques (SF, CR, BW) avec une implémentation qui répond à l’objectif du stage. La solution proposée doit profiter des avancées récentes en Intelligence Artificielle (IA) et en Apprentissage Automatique (ML) pour assister les algorithmes d'optimisation
• Analyse des résultats et rédaction du rapport de stage
• Couronner le travail par une publication scientifique

D’autre part, en fonction de l’avancement du stage, des ajustements peuvent avoir lieu.

Nous recherchons un étudiant de Master 2 en réseaux Informatique (ou équivalent) possédant les qualités suivantes :

• Bonne base en réseaux Informatique et réseaux sans-fil
• Expérience de programmation (Python, C, C++)
• Une très bonne connaissance des techniques d’optimisation (à base des métaheuristiques) et/ou des techniques d’apprentissage automatique (issues de l’Intelligence Artificielle) est fortement souhaitée.
• Être familier avec l’environnement Linux
• Bonnes aptitudes rédactionnelles
• Avoir un bon niveau en anglais.
• Avoir un esprit curieux et inventif.