Architecture de réseaux cognitifs [Cognitive Networks Architcture]
L'Internet et la téléphonie mobile ne sont que des étapes dans l'évolution des architectures réseaux. Dans un futur proche, les 7 milliards de périphériques électroniques existant actuellement seront interconnectés dans un nouveau réseau, appelé ''Internet of Things''. Cette évolution soulève des questions théoriques majeures (comment interconnecter autant de noeuds ? quelle densité pour quelle connectivité ? comment se partager les spectre radio-fréquence? ) mais également touche au domaine technologique (quels nouveaux standards ? comment réconcilier BlueTooth, ZigBee, WiFi, UMTS, EDGE, etc...). Notre recherche porte d'une part sur l'étude des réseaux mesh et sur l'élaboration d'une architecture cognitive. Les réseaux mesh sont des réseaux ne nécessitant pas de structure centrale (comme une station de base en UMTS). Les noeuds sont autonomes: ils structurent et font évoluer leurs routes en fonction de la qualité du signal, du trafic, etc. De tels réseaux présentent donc l'avantage d'avoir une architecture robuste, autonome et décentralisée. Afin de leur donner plus de flexibilité, on les étend vers une architecture ''cognitive'', c'est-à-dire qu'ils sont capables de détecter des ''trous'' dans le spectre radio et de s'y placer sans déranger les réseaux déployés précédemment (appelés réseaux primaires''). Ainsi, deux opérateurs peuvent opérer des réseaux distincts pourtant déployés dans un même lieu. [The Internet and cellular telecommunication architecture are becoming obsolete network architectures. In a close future, an estimated amount of 7 billion of electronic devices will be able to interconnect. They will cooperate under the new paradigm referred to as Internet of Things or IoT. This evolution leverages several theoretical questions: how to practically connect a massive amount of nodes ? what is the minimum density to ensure connectivity ? who will these devices share the already-scarce radio spectrum ? Moreover, new technology challenges will arise: under what standard will they operate, how to be backward-compatible with ZigBee, Bluetooth, WiFi, UMTS, and EDGE technologies ? Our research focuses (i) on the wireless mesh networks architectures and (ii) on a cognitive approach suitable for the mesh networks. Mesh networks are non-centralised, autonomous, and resilient architectures. A constant monitoring of their environment allows them to adapt to modifications such as node apparition or dead, changes in the propagation environment, etc. By injecting a ''cognitive engine'', it will be possible to detect, monitor, and adapt to spectrum whole (i.e., unused bandwidth). For instance, this will allow two or several operators to operate in a same place and into a limited spectrum without interfering each with the other.]
SAPHYRS (SAfe Positioning using a HYbrid and Robust System) [SAPHYRS (SAfe Positioning using a HYbrid and Robust System)]
Le projet SAPHYRS s'attelle à développer des techniques de positionnement à haute intégrité basées sur l'emploi combiné de positionnement satellitaire et d'un ou plusieurs moyens d'augmentation, pour améliorer l'intégrité, la disponibilité et/ou la précision. Les applications prioritairement visées sont les applications ferroviaires. Les objectifs du projet sont d'une part d'analyser le potentiel d'emploi d'informations GSM (notamment GSM-R) et UMTS pour le positionnement sécuritaire et d'autre part de concevoir un système de détermination de la position d'un train dans un tunnel par système radio. [SAPHYRS project aims to develop positioning techniques with high integrity, based on satellite positioning and several other techniques, to increase integrity, availability and/or precision. Targeted applications are trains and railway vehicles. The objectives of the project are on one hand, to analyse the GSM information (notably GSM-R) and UMTS for security positioning, and on the other hand to conceive a system to determinate the position of a train in a tunnel using wireless systems.]
F3M - Méthodes de maintenance multimodales [F3M - Méthodes de maintenance multimodales]
Le projet F3M étudiera l'optimisation du processus de maintenance dans le domaine de l'aéronautique. Il inclura un système de communication et de localisation des personnes, un système de gestion centralisé et temps réel de la documentation, un système permettant de localiser précisément des défauts pour qu'ils soient réparés plus tard et un système informatique intégré aux vêtements des techniciens qui permettra de communiquer et de consulter la documentation simplement et sans perturbations sur son travail. [Le projet F3M étudiera l'optimisation du processus de maintenance dans le domaine de l'aéronautique. Il inclura un système de communication et de localisation des personnes, un système de gestion centralisé et temps réel de la documentation, un système permettant de localiser précisément des défauts pour qu'ils soient réparés plus tard et un système informatique intégré aux vêtements des techniciens qui permettra de communiquer et de consulter la documentation simplement et sans perturbations sur son travail.]
PRISM
Ce projet porte sur la fourniture de services interactifs et contextualisés sur téléphone portable à l'intérieur de bâtiments. Il s'agit d'un projet FIRST Spin-off. Perdu dans une foire, interrogatif face à une oeuvre dans un musée, à la recherche d'un article dans un supermarché ? : nous proposons d'accéder sur son propre téléphone portable à l'information dont l'utilisateur a besoin en fonction de l'endroit où il se trouve. Le prestataire de service propose grâce à notre solution, un service supplémentaire, personnalisé et établit ainsi un nouveau canal de communication avec ses clients. [This project deals with the delivery of contextualized and interactive services on mobile phones, inside commercial buildings. Lost in a tradefair, looking for a product inside a supermarket, curious about a painting inside a museum? We deliver on your mobile phone the right information, at the right place and the right moment! Thanks to our solution, a new channel to the customers is open. The final user is rewarded with a very personalized content delivered on it's mobile phone.]
Etude des réseaux sans fil corporels à ultra-large bande [Etude des réseaux sans fil corporels à ultra-large bande]
Les réseaux sans fil corporels sont des réseaux placés à même le corps de l'utilisateur ou intégrés à ses vêtements dans le but de transmettre soit des informations bio-médicales, soit des contenus multi-médias. Nous avons mis en évidence que les transmissions se déroulaient autour du corps humain grâce à des ondes corporelles qui restent « attachées » au corps. Un premier but sera d'étudier expérimentalement le canal de communication sans fil autour du corps, soit dans le cadre des technologies classiques, soit dans le cadre des transmissions par impulsions ultra-courtes appelées Ultra-Wideband (UWB). Nous développerons ensuite des algorithmes de codage et de modulation adaptés aux caractéristiques du canal. Nous nous intéresserons à la fois aux communications entre dispositifs localisés sur le corps, et aux communications entre un dispositif placé sur le corps et un autre placé dans le voisinage proche.
Etude du canal et des techniques de précodage pour les systèmes multi-antennes à diversité de polarisation [Channel modelling and investigation of pre-coding techniques for cross-polarized multiantenna systems]
Afin de multiplier les capacités des réseaux sans fils, on utilise des équipements disposant de plusieurs antennes à l'émetteur et au récepteur. Pour que ces systèmes multi-antennes soient efficaces, il faut un certain espacement entre les antennes, ce qui rend ces systèmes plus encombrants. Ceci peut être résolu en ayant recours au multiplexage en polarisation, ce qui permet d'utiliser des antennes co-localisées disposées perpendiculairement. Le but de ce travail est double. Premièrement, il s'agit d'établir une description du canal de communication, basées sur des campagnes de mesures expérimentales. Le deuxième objectif est de déterminer des techniques de précodage qui permettent d'exploiter les caractéristiques du canal de communication. [Multi-antenna systems will be used in future wireless systems as a solution to increase data rates and improve quality of wireless link transmission. One major issue of MIMO systems is the inter-antenna spacing that is required, which increases the overall size of the mobile terminal. This problem can be resolved by using polarization diversity, by using orthogonal co-located cross-polarized antennas. The first aim of this work is to establish a wireless channel model for cross-polarized antenna systems, based on experimental measurements. The second aim of this work is to develop pre-coding techniques that exploit the particular properties of the communication channel.]
Coopération pour radios cognitives à haut débit [Coopération pour radios cognitives à haut débit]
Face à la pénurie de fréquences radio disponibles pour les télécommunications, une solution est l'utilisation de radios cognitives. De telles radios sont déployées au sein d'un réseau adaptatif (réseau secondaire) qui utilise les bandes de fréquences laissées libres par le réseau auquel ces bandes ont été légalement allouées (réseau primaire). L'un des principaux obstacles qui empêchent la mise en oeuvre pratique d'un système de radios cognitives est le phénomène de fading. Sous l'effet du fading, il se peut par exemple qu'un terminal secondaire ne parvienne pas à détecter la présence d'un terminal primaire et interfère par conséquent sur ce dernier. Pour contrecarrer l'effet du fading, une possibilité est d'assurer une certaine coopération entre les noeuds du réseau secondaire (c'est à dire un échange d'informations en couche physique). Ce projet de recherche étudie comment une telle coopération peut être organisée efficacement et quel en est l'impact sur les performances du système de radios cognitives. [Cognitive radios have been proposed as a solution to the spectrum scarcity problem. Such radios are deployed into a secondary adaptive network using the free frequency bands which are legally allocated to a primary network. One of the main difficulties faced by cognitive radios systems is the fading phenomenon. Because of fading one terminal may, for instance, not detect the presence of a primary terminal and as a result interfere on the latter. In order to hinder the fading problem, an idea is to make secondary nodes cooperate with each other (i.e. making them exchange information at the physical layer level). The research project studies how cooperation can be set up efficiently and what is its impact on the cognitive radios system performances.]
Etude des radios cognitives à polarisations multiples [Study of multi-polarized Cognitive Radios]
Suite à l'émergence des réseaux de communication sans-fil lors de ces dernières années, il est de plus en plus difficile de libérer de nouvelles bandes de fréquence pour de nouveaux systèmes de communication. Cependant, si on observe l'utilisation effective de ces bandes de fréquence, on s'aperçoit qu'il existe une véritable sous-utilisation de ces ressources. Les radio-cognitives sont des systèmes de communication qui réutilisent les ressources non-utilisées à un instant donné par des utilisateurs du service primaire pour y effectuer leurs communications à condition de ne pas interférer sur ces services existants. Dans ce projet nous utiliserons la polarisation des ondes électromagnétique d'une part pour augmenter la fiabilité de détection d'un utilisateur primaire sur une bande de fréquence et ainsi diminuer les interférences avec le réseau primaire et d'autre part en tant qu'une nouvelle dimension de communication autre que la fréquence pour communiquer au sein du réseau secondaire. Les objectifs de ce programme de recherche sont donc de : 1. Définir une modélisation dynamique de la polarisation dans le cadre des réseaux cognitifs. Cet objectif inclut une partie expérimentale de mesure de canal et la modélisation des propriétés de stationnarité de celui-ci. 2. Développer des méthodes de spectrum sensing pour le cas multi-polaires. 3. Modéliser le canal hétérogène formé de la superposition du réseau primaire et du réseau secondaire et en déduire des techniques de communication utilisant la polarisation comme une nouvelle dimension de communication au sein du réseau secondaire. [Following the emergence of new wireless communication networks in recent years, it becomes more and more difficult to release new frequency bands for new communication systems. However, if we observe the effective use of theses frequency bands, we realize that there is a real under-utilization of these resources. The Cognitive Radios are communication systems that reuse the unused resources at a given time by the primary service users, to establish their communications, without interfering theses existing services. In this project we'll use the polarization of electromagnetic waves to firstly increase the reliability of detection of a primary user within a frequency band and so decrease the interferences with the primary network, and secondly as a new dimension of communication other than the frequency to communicate within the secondary network. The objectives of this research program are thus: 1-To define a dynamic model of polarization in the context of Cognitive networks. This objective includes an experimental part of channel measurement and modeling of its stationary properties. 2-To develop spectrum sensing methods for the multi-polar case. 3-To model the heterogeneous channel, formed by the superposition of the primary and secondary network and to deduce from it communication techniques that use the polarization as a new dimension of communication within the secondary network.]
Modélisation Ultra Large Bande du canal de communication intra-vehiculaire. [Modélisation Ultra Large Bande du canal de communication intra-vehiculaire.]
Cette thèse a pour but d'étudier le canal de communication dans des environnements dit 'intra-vehiculaire' (voiture, train, avion,') des systèmes multi antennes. Suite à une demande sans cesse croissante en terme de débit pour des applications à courte portée, un intérêt particulier est prêté au cas des véhicules. Pour ce faire, le projet porte sur la caractérisation du canal de transmissions en système Ultra Large Bande, sur une modélisation théorique du canal et sur l'application de système de codage tenant compte des caractéristiques particulières de l'environnement.
Techniques de compensation numérique des imperfections du front-end analogique pour radios cognitives à faible coût [Digital compensation techniques of the analog front-end imperfections for low-cost cognitive radios]
Les radios cognitives sont des dispositifs permettant d'utiliser dynamiquement le spectre de fréquences en réutilisant des bandes allouées lorsqu'elles ne sont pas occupées, tout en évitant d'interférer avec l'utilisateur primaire qui détient les droits légaux d'émission. La conception du front-end analogique des radios cognitives est soumise à deux obstacles : - Travail sur une très large bande de fréquences - Grande dynamique de puissance des signaux. Ces deux obstacles amènent à toutes sortes d'imperfections au niveau du front-end analogique. Il est cependant possible de réduire le coût de production et/ou la puissance consommée de ce front-end en autorisant un certain niveau d'imperfections et en les compensant par des techniques de traitement de signal. Outre les définitions de l'architecture haut-niveau du front-end et des algorithmes numériques, le doctorat comportera quatre phases : - Evaluation de l'impact des imperfections du front-end analogique sur la performance des techniques de découverte de spectre et de communication. - Conception des techniques d'estimation et de compensation numérique des imperfections causées par le front-end analogique, couplées aux algorithmes de traitement de signal utilisés pour la découverte de spectre et la communication. - Proposition d'une architecture de haut niveau pour le front-end analogique et le processeur numérique (architecture mixte), dans laquelle les fonctions sont partagées entre les deux entités de manière à minimiser le coût et la puissance des terminaux mobiles du réseau secondaire. - Evaluation des performances dans un scénario WiFi réaliste grâce à un analyseur de spectre Tektronix [Cognitive radios are devices capable of dynamically using the frequency spectrum by reusing the allocated bands when they're free, considering that there is no interference with the primary user (who owns the transmission legal rights) The cognitive radio analog front-end design is critical for two reasons : - The frequency band to scan is large - The power range is important Those two obstacles brings a lot of front-end imperfections. However it is possible to reduce the production costs and/or the consumed power by this front-end by authorising a certain level of imperfections, and by compensating these with signal prossessing techniques. After defining a high level front-end architecture and digital algorithms, the PhD will be decomposed in four steps : - Evaluating the effect of the front-end imperfections on sensing and communication algorithms performance - Designing new front-end imperfections estimation and compensation digital techniques coupled to the existing sensing and communication algorithms - Submitting a high level analog front-end architecture and a digital processor (mixed architecture) in which the cognitive radio functions are balanced between those two units (in way to minimise the consumed power and the production cost of the secondary mobile devices) - Evaluating the performance in a WiFi realistic scenario with a spectrum analyser called Tektronix]
Etude spatio-temporelle ultra-large bande du canal de transmission et des algorithmes de communication pour réseaux corporels sans fil [Ultra-wideband spatio-temporal study of the transmission channel and communication algorithms for body area networks]
Les avancées technologiques en électronique de ces dernières années, combinées au succès avéré et toujours montant des communications sans fil, ont tout naturellement donné naissance à un nouveau type de réseaux sans fil, communément appelés les Body Area Networks (BAN). A terme, ces réseaux corporels sans fil permettront à un ensemble de senseurs biomédicaux répartis sur le corps humain de communiquer, entre eux ou avec le monde extérieur, soit pour échanger des informations en vue du traitement en temps réel du patient, soit pour enregistrer des données physiologiques et/ou contextuelles en vue d'une analyse ultérieure. Néanmoins, avant que ces réseaux puissent être implémentés à large échelle, de nombreuses percées technologiques sont encore nécessaires. Le problème le plus ardu est certainement celui de la consommation d'énergie. Celle-ci devant être minimale au niveau des senseurs, c'est sur le centre névralgique du réseau, la station de base, que va se reporter toute la complexité des transmissions. En réponse à cette contrainte énergétique, notre projet de thèse envisage l'utilisation de deux technologiques émergentes : - L'ultra-wideband (UWB): elle est une technique de transmission où l'énergie radio est étalée sur une large plage de fréquences avec une faible densité spectrale de puissance. Ses avantages sont nombreux, incluant en autres, la possibilité de co-existence avec d'autres systèmes présents, l'immunité aux évanouissements et une résolution temporelle fine. ' Les systèmes multiple-input multiple-output (MIMO) ; ils tirent parti de l'utilisation de plusieurs antennes `a l'émetteur et au récepteur pour accroître la qualité des transmissions et/ou pour obtenir des communications simultanées entre dispositifs d'un réseau. En pratique, seule la station de base est équipée d'antennes, définissant un nouveau réseau baptisé multiple-sensor MIMO BAN. [A new kind of wireless personal and body-centric network has emerged for a few years. It is composed of several sensors placed on the human body and measuring vital information. This information is then carried out towards a central body-worn device, such as a personal digital assistant (PDA). This wireless network is known as a Body Area Network (BAN). Several applications are foreseen, e.g. patient monitoring, where the user is no longer restricted to one specific place and can be taken care of remotely. In this work, multi-sensor MIMO (MS-MIMO) Ultra-wideband (UWB) systems are investigated. Each sensor consists of one antenna while the central device (where most of the computational complexity is located) uses an antenna array. Using MIMO techniques, it is possible to perform beamforming, multi-hops relays or to improve the capacity of the transmission. UWB systems are characterized by a bandwidth ranging from 3.1 to 10.6 GHz, leading to several advantages such as low interference to and from other systems, low sensibility to fading and accurate position locating due to the fine time resolution. Yet, the development of efficient space-time algorithms requires a full UWB MS-MIMO channel characterization, with a special attention to the spatial domain.]
Caractérisation et modélisation du canal de communication pour réseaux sans fil coopératifs [Channel propagation characterization and modeling in cooperative wireless network]
L'objectif de ce projet est la modélisation des macro-corrélations entre sous-canaux des réseaux sans fil coopératifs. Le cas d'étude privilégié sera celui des réseaux sans fil corporels. [The aim of this project is to modelize macro-correlations between cooperative wireless networks sub-channels. The case study will focus on Body Area Networks. ]
Modélisation du canal GNSS en odométrie sécuraitaire [GNSS channel modelling for safe positioning]
Ce travail a pour but d'estimer la statistique des erreurs de Pseudo-Distance (Distance Satellite-Récepteur) dues à la prorogation hors-ligne-de-vue (NLOS). Un modèle de canyon urbain est utilisé afin de déterminer l'ordre de grandeur de ces erreurs ainsi que leur occurrence et d'en tenir compte en positionnement sécuritaire avec le GPS, celui-ci nécessitant un haut niveau d'intégrité. [When a GNSS/GPS receiver tracks a NLOS (Non-Line-Of-Sight) satellite, the pseudo-range error can be very large. It is a worst case scenario for safe positioning. In order to estimate the statistical distributions of the pseudo-range errors due to NLOS-multipath propagation and the frequency of this event, an urban canyon model is used by applying a specific ray-tracing algorithm.]
Allocation des ressources spectrales et synchronisation pour radios cognitives [Frequency resource allocation and synchronization for cognitive radios]
Le premier objectif est de concevoir des techniques hiérarchiques d'allocation des ressources au sein d'un réseau cognitif distribué. Le deuxième objectif est de concevoir une stratégie de synchronisation au sein d'un tel réseau. [The first objective is to conceive hierarchical resource allocation schemes for a distributed cognitive radio system. The second objective is to conceive a synchronization strategy for such a system.]
Techniques de détection des signaux basées sur les propriétés de cyclostationarité d'ordre supérieur à 2 [High-order cyclostationarity detection for spectrum sensing]
L'objectif est de concevoir des techniques de détections des signaux basées sur les propriétés de cyclostationarité d'ordre 4 inhérentes aux signaux de télécom. [The objective is to conceive spectrum sensing techniques based on the fourth-order cyclostationarity properties found in the telecommunication signals.]
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