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Communication Mobile
Contexte

L’action « communications mobiles » a été créé en Novembre 2003 avec le recrutement sur un poste de professeur des universités de monsieur A. Caminada, ancien responsable d’Unité de Recherche et Développement au CNET (Centre National d’Etudes des Télécommunications) puis à la Division Recherche de France Télécom. La thématique s’est renforcée en cours d’année 2004, avec le recrutement de Hakim MABED (Enseignant-chercheur Contractuel), spécialiste en optimisation de réseaux mobiles, puis l’arrivée de Sid LAMROUS et Oumaya BAALA, maîtres de conférences déjà présents à l’UTBM. Enfin depuis sa création, 8 doctorants sont arrivés dans l’équipe dont 2 ont déjà soutenu leur thèse.

Le domaine des réseaux diffus fait partie des 83 domaines de recherche à développer en France dans les 10 ans à venir (cf. «Technologies clés 2010 » http:/www.industrie.gouv.fr/). La création de l’axe « communications mobiles » au sein du laboratoire SET de l’UTBM se justifie localement par trois éléments importants détaillés ci-après : le lien entre transport et communication mobile, la synergie avec le centre de recherche de France Telecom et enfin les enseignements au Département Informatique de l’UTBM.

Lien entre transport et communication mobile

Depuis 2005, les radiocommunications avec les mobiles sont le vecteur principal de croissance dans le domaine des télécommunications (chiffre d’affaires supérieur au filaire). La notion de « mobile » inclut le fait que l’un au moins des appareils, émetteur ou récepteur, si ce n’est les deux, est en déplacement, soit parce qu’il est portable (dans la poche d’une personne qui se déplace), soit parce qu’il est embarqué dans un moyen de transport (avion, train, automobile…). Les réseaux mobiles se sont ainsi invités dans le domaine du transport, à la fois comme un moyen de communication, mais aussi comme partie intégrante de systèmes de mesure et de contrôle des moyens de transport, et des infrastructures et services périphériques. Le laboratoire SET, Systèmes Et Transports, s’enrichit donc d’une thématique qui vient élargir son domaine de compétences dans le transport en complémentarité avec les composantes existantes de l’Automatique, orientée vers le contrôle, de l’Ergonomie, orientée vers la conception, et de l’Informatique distribuée, orienté vers le calcul distant.

Synergie avec le centre de recherche de France Télécom

En 1992, un site du CNET (Centre National d’Etudes des Télécommunications), centre public de recherche sous la tutelle du Ministère des Postes et Télécommunications, est créé à Belfort. En 2000, le CNET devient la Division Recherche de France Télécom (FTR&D). Le centre de Belfort est spécialisé dans les radiocommunications, tous systèmes terrestres confondus, sur les aspects propagation des ondes radio (mesures et modèles), optimisation des ressources radio (modèles et paramétrages) et ingénierie du trafic (modèles et algorithmes). A. CAMINADA venant de FTR&D, une collaboration fructueuse s’est mise en place avec le laboratoire RESA de Belfort créant une forte synergie entre recherche privée et publique sur le modèle des clusters anglo-saxons. FTR&D et l’UTBM sont donc engagés sur plusieurs projets de recherche (cf. ), et entraînent d’autres acteurs locaux dans leur sillage, comme par exemple la DR de Franche-Comté et le parc industriel TECHN’HOM pour l’accueil du 1er réseau Wi-Fi maillé européen en 2007.

Enseignements au Département Informatique de l’UTBM

Parmi ses quatre filières proposées aux ingénieurs, le Département Informatique de l’UTBM dispose d’une filière « Réseaux et Télécom » (R&T) et d’une filière « systèmes temps Réel, Embarqués et informatique Mobile » (REM). Ces deux filières dispensent des cours en radiocommunications couvrant les systèmes GSM, UMTS, WLAN et PAN, assurés par les membres de l’axe « communications mobiles ». Depuis 10 ans, les radiocommunications numériques ont évoluées très vite, s’appuient sur des technologies complexes, et apportent une valeur ajoutée extrêmement importante en économie. Pour former des ingénieurs attentifs aux dernières nouveautés, il est indispensable que l’établissement mène de front une activité d’enseignement appuyée par une activité de recherche dans ce domaine.

Fondements et synthèse

Fondements

Dans les radiocommunications les systèmes inventés depuis 10 ans sont multiples et s’appuient sur des technologies très différentes : systèmes globaux (UMTS, Galiléo…), systèmes locaux (DECT, Wi-Fi…), systèmes réservés (PR4G-armée, GSMR-railways…). Il y a 10 ans parmi ces systèmes seul le GSM existait et offrait uniquement des services vocaux. Dorénavant, l’accent est mis sur le développement des services de données, sur des besoins de débit de plus en plus haut, et sur l’accès en tout lieu à l’ensemble de ces services. Ce sont les deux enjeux principaux des prochaines années dans le domaine : développer la complémentarité entre les systèmes et offrir la totale disponibilité des services en toutes conditions indépendamment du lieu, du temps et surtout du contexte de mobilité. En un mot, la mobilité en communication prend tout son sens, on se sentira partout comme chez soi, pour téléphoner mais aussi envoyer des messages, regardez la TV, charger de la musique, mener une réunion en visioconférence, etc. En apparence ce que l’on cherche à construire c’est un réseau toujours disponible et qui adapte sa capacité à la demande. En réalité il s’agit de faire converger les systèmes vers la fourniture d’un service unique, ce qui sur le plan théorique demande à faire progresser l’interopérabilité, la complémentarité et l’adaptation dynamique des paramètres de tous ces systèmes.

Dans ce contexte, notre recherche porte essentiellement sur la couche radio qui se compose de l’émetteur, du récepteur et du support de transmission sur l’interface air. C’est le point sensible du système, celui où la capacité est la plus faible et où la qualité est la plus mauvaise. Notre démarche scientifique nous a permis de contribuer à l’amélioration de la qualité et de la capacité sur le lien radio en travaillant dans trois directions : la modélisation mathématique des facteurs de qualité et de capacité, l’impact de la mobilité sur ces facteurs, et l’optimisation via des algorithmes en faisant intervenir les paramètres des émetteurs/récepteurs. Du point de vue des systèmes eux-mêmes nous avons travaillé sur les trois catégories énoncées précédemment en fonction des partenaires à nos travaux de recherche, c’est-à-dire le système PR4G avec le CELAR (Centre d’Etudes de l’Armement), le GSM/UMTS avec France Telecom, et le Wi-Fi avec l’INRIA, TRINAPS et France Telecom.

Synthèse des travaux et résultats

Initié dès 2004, le thème « modélisation de la qualité radio » est notre plus importante contribution. Nous avons proposé un modèle probabiliste d'évaluation de la qualité pour des services voix et données dans les réseaux FTDMA avec saut de fréquences lent. Ce modèle est basé sur un processus complet d'évaluation de l'interférence avec un calcul d'apparition de bursts d'un secteur brouilleur sur un canal de fréquences et un calcul de la distribution de probabilité du taux d'effacement de bits sur un ensemble de trames de service. Ce modèle a été validé sur des mesures de service voix en GSM. Il a été réalisé dans le cadre d’une thèse avec FTR&D. Toujours pour le saut de fréquences, nous avons réalisé un modèle statistique d’interférence pour le système PR4G. Cette fois le modèle s’appuie sur une analyse du découpage du spectre en bloc pour l’évaluation des interférences multiples. Une évaluation du modèle a pu être faite par rapport à un simulateur : pour une dégradation moyenne de 0,1% de la mesure du TEB d’un plan de fréquences nous passons de quelques heures à quelques secondes de calcul. Ce travail a été fait avec le CELAR (centre de recherche de la DGA). Dans le cas des réseaux cellulaires publics GSM/EDGE/UMTS nous avons mis au point une métrique de mesures de performance directement liée à la forme des cellules de services. Nous avons montré sur des réseaux fictifs que cette métrique est directement corrélée avec le niveau d’interférence et donc le débit offert. Ce travail a été réalisé en interne. Enfin nous avons aussi mis au point un modèle analytique de calcul d’interférence multiple pour les accès de norme 802.11. Ce modèle permet de réaliser des études fines du niveau de qualité de configurations de réseaux avec plusieurs configurations de fréquences. Il s’agit aussi de travaux internes. Sur un plan expérimental, nous avons participé pour une société locale à l’expertise d’une étude de déploiement d’un « mesh-network » WiFi sur une zone industrielle de 100 hectares (TECHNHOM), 1er réseau du genre en Europe sur cette technologie.

En ce qui concerne le thème « mobilité », les travaux ont démarré plus progressivement. En 2004, nous avons débuté par un projet de régulation spatiale et temporelle du trafic d'un réseau par la tarification. La charge du réseau rend compte des usages des clients, et nous cherchons à établir un modèle de comportement du client pour optimiser l'usage et la rentabilité des ressources d'un réseau. Ce modèle est un modèle bi-niveaux qui utilise des facteurs économiques, sociaux et de mobilité sur le territoire. Il fait l’objet d’un contrat avec FTR&D. Une thèse est en cours dont l’aboutissement est prévu pour 2008. Une autre contribution porte sur l’émergence de connaissances sur la mobilité issue d’un territoire et d’un réseau cellulaire. Ce travail fait l’objet d’une bourse ministérielle. Nous prenons en compte les caractéristiques géographiques, les données de trace issues des réseaux de communications et les facteurs socioéconomiques d’un territoire. Nous travaillons à partir d’outils de traitement de données (statistiques, analyses exploratoires, classifications). Enfin plus récemment, nous nous sommes engagés sur les problématiques de localisation d’objets ou de personnes grâce aux réseaux sans fil. Sur la base de modèles de la littérature, nous avons proposé des critères d’évaluation appuyés par des résultats expérimentaux qui lient la configuration des réseaux selon la typologie des lieux avec la confiance de la localisation. Il s’agit de travaux internes pour l’instant. Enfin nous sommes partenaire du projet TRACCOM sur le suivi de véhicule sur autoroutes labellisé en 2006 par le pôle de compétitivité « Véhicule du futur » (ce projet n’a pas démarré).

Sur le thème de « l’optimisation », nous travaillons essentiellement sur des problèmes combinatoires pour les réseaux. La particularité des réseaux radio est que, du fait des portées réduites le nombre d’équipements et de paramètres sur les réseaux est beaucoup plus important que pour les réseaux filaires, et du fait de l’ubiquité de la liaison radio leur évaluation est très complexe. Nous travaillons donc avec des algorithmes approchés qui associent une bonne qualité de solution à un temps de réponse acceptable. Nous sommes contributeur à ce domaine sur les méthodes évolutionnistes et à mémoire. Pour les aspects théoriques, nous nous intéressons aux questions de convergence, de fiabilité et de robustesse de ces méthodes. Deux cas d’école sont utilisés : le cas général via l’analyse des liens entre algorithmes et problèmes (cadre du théorème « No Free Lunch »), et la k-coloration de graphe car un très grand nombre de benchmark est disponible. Deux thèses sont conduites sur ces sujets, et des collaborations sont menées en interne avec l’axe « Informatique Distribuée » (problème de dimensionnement) et l’équipe « Automatique » (problème d’ordonnancement), ainsi qu’avec le laboratoire HEUDIASYC de l’UTC (projet HARES). Sur des problèmes réseaux, nous avons remporté un benchmark sur un problème NP-difficile de très grande taille pour des réseaux mobiles tactiques en compétition avec 2 autres équipes (dont l’une a gagné 2 fois le challenge ROADEF). Dans un contrat de recherche, nous élaborons un modèle d’optimisation et un algorithme pour traiter de façon unifiée un problème de localisation (placement d’antenne) et un problème de k-coloration (affectation de fréquences) en 802.11. Et enfin nous avons eu une collaboration étroite avec l’INRIA (projet ARES du laboratoire CITI) pour l’optimisation multicritère sur ce même problème et avec la société d’ingénierie TRINAPS pour un transfert de technologie.



Responsable de l'axe de recherche

Alexandre CAMINADA

Laboratoire Systèmes et Transport
Université de Technologie de Belfort-Montbéliard
Rue Thierry Mieg
90010 Belfort cedex, France

Tél : +33 (0)3 84 58 34 46
Fax :+33 (0)3 84 58 33 42

alexandre.caminada@utbm.fr

  90010 Belfort cedex - Tél : +33 (0)3 84 58 33 19 - Fax : +33 (0)3 84 58 33 42 - Mentions légales