Date : Vendredi 30 juin 2023 à 14 heures
Lieu : Salle des thèses sur le campus Hannah Arendt
Pour ceux qui ne peuvent pas assister en personne, voici le lien BBB pour la visioconférence : https://v-au.univ-avignon.fr/live/bbb-soutenance-de-these-sarkis-moussa-30-juin-2023/
Titre : Architecture et Protocoles pour les Utilisateurs de Sécurité Publique dans les Réseaux Cellulaires 5G
Résumé : Les Réseaux de Sécurité Publique (PSNs) sont des systèmes de communication sans fil conçus pour répondre aux besoins des intervenants d’urgence, notamment les pompiers, la police et de nombreuses autres agences de Sécurité Publique (PS). Ces réseaux sont utilisés pour prévenir ou répondre à des incidents qui menacent la vie des personnes ou des biens. Traditionnellement, ces PSNs étaient pris en charge par des technologies radio fiables mais à faible débit, offrant des services limités tels que la communication vocale entre les Utilisateurs de Sécurité Publique (PSUs). Par conséquent, leur capacité à tirer parti des développements récents dans les réseaux sans fil et les applications à large bande était limitée. En tête des technologies de communication sans fil, les Réseaux Cellulaires de 5ème génération (5G) et au-delà, sont idéaux pour cet objectif en raison de leur infrastructure avancée et des techniques spécifiques développées pour les services à large bande. Leur capacité de transmission de données élevée, de faible latence dans les échanges de données et leur capacité à prendre en charge un nombre important d’appareils connectés les rendent parfaitement adaptés pour surmonter les limitations associées aux PSNs.
Intégrer les PSNs dans la 5G peut améliorer considérablement les performances des PSUs. Cela permet aux agences de PS de répondre plus efficacement aux urgences, d’améliorer la communication entre les premiers intervenants et d’accéder à des informations cruciales en temps réel. Dans cette optique, l’objectif de cette thèse est de développer des modèles et une architecture garantissant une communication efficace entre les PSUs grâce à l’utilisation des ressources cellulaires. Nous considérons différents scénarios, y compris des situations où les ressources sont exclusivement dédiées aux PSUs et où elles sont partagées avec les utilisateurs principaux. Dans ces scénarios, la technique d’accès multiple non orthogonal (NOMA) et la communication entre appareils (D2D) assurent une allocation efficace des ressources limitées pour un plus grand nombre de PSUs. De plus, dans cette thèse, nous explorons des scénarios où les ressources cellulaires ne sont pas disponibles (par exemple, lorsque la station de base (BS) n’est pas accessible). Nous développons des stratégies pour maintenir le fonctionnement continu des PSUs dans de telles situations en utilisant le système de calcul en périphérie (MEC).
Pour atteindre ces objectifs, nous nous concentrons d’abord sur la formulation d’un problème d’allocation de ressources dans la communication D2D en mode recouvrement in-band. La raison d’utiliser le mode recouvrement est de garantir la disponibilité des blocs de ressources (RBs) exclusivement dédiés aux PSUs, minimisant ainsi les interférences entre les utilisateurs cellulaires (CUs) et les PSUs. En outre, nous considérons la technique NOMA pour l’accès radio, qui permet à plusieurs PSUs de partager les mêmes RBs, améliorant ainsi les performances du système en termes d’efficacité spectrale, de débit atteint et de nombre de PSUs accédant au réseau. Cela est réalisé en mettant en œuvre une heuristique qui regroupe les PSUs qui partageront les mêmes ressources, de sorte que la quantité totale de bande passante utilisée soit minimisée. Nous allouons ensuite une puissance suffisante à chaque PSU en utilisant l’algorithme d’optimisation par essaim de particules (PSO).
Dans une deuxième approche, nous proposons un nouveau schéma pour le scénario de communication D2D sous-jacent. Ce schéma s’appuie également sur la technique NOMA et repose sur un problème de programmation non linéaire entière mixte pour maximiser le débit cumulé. Il prend en compte le budget énergétique, les débits nécessaires des utilisateurs et les contraintes d’annulation successive d’interférences (SIC). Comme le problème de maximisation est complexe sur le plan computationnel, nous concevons un algorithme heuristique qui sélectionne les CUs appropriés pour partager leurs ressources avec les clusters de PS. Ensuite, étant donné cette sélection, nous calculons l’allocation optimale de puissance dans chaque cluster de PS en utilisant la méthode des multiplicateurs de Lagrange.
En cas de catastrophe, l’infrastructure pourrait être endommagée, en particulier les stations de base (BS), entraînant ainsi une interruption de l’accès des PSUs au réseau central. Pour résoudre cette problématique critique et garantir la disponibilité continue des services de sécurité publique (PS) dans toutes les circonstances, nous étudions l’utilisation de la norme des Services basés sur la Proximité (ProSe) qui joue un rôle crucial dans la mise en place de la communication D2D dans les spectres licenciés et non licenciés.
En conséquence, nous proposons et validons une nouvelle architecture pour les Réseaux de Sécurité Publique (PSNs) en utilisant le simulateur de réseau Simu5G. Cette architecture utilise la technique NOMA et place à la fois la fonction ProSe et le serveur d’application ProSe dans le système MEC installé dans une station relais. Cette approche garantit la disponibilité du réseau pour le plus grand nombre possible de PSUs et leur permet d’accéder aux informations requises avec une latence minimale dans le spectre licencié, tout en continuant à fonctionner de manière sécurisée et efficace dans le spectre non licencié.