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THESE INSA Rennes sous le sceau de l’Université Bretagne Loire pour obtenir le

THESE INSA Rennes sous le sceau de l’Université Bretagne Loire pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L’INSA RENNES Spécialité : Télécommunications présentée par Louis-Adrien DUFRENE ECOLE DOCTORALE : ED MATHSTIC LABORATOIRE : IETR Étude et optimisation de solutions reposant sur les réseaux cellulaires existants pour l’internet des objets Thèse soutenue le 14.12.2017 devant le jury composé de : Inbar FIJALKOW Professeure à l’ENSEA, Université de Cergy-Pontoise / Présidente Marie-Laure BOUCHERET Professeure à l’ENSEEIHT de Toulouse / Rapporteure Laurent ROS Maître de Conférences HDR à l’INP de Grenoble / Rapporteur Jean-Marie GORCE Professeur à l’INSA de Lyon / Examinateur Jean SCHWOERER Docteur-Ingénieur à Orange Labs à Grenoble / Co-encadrant Matthieu CRUSSIERE Maître de Conférences à l’INSA de Rennes / Co-encadrant Jean-François HELARD Professeur à l’INSA de Rennes / Directeur de thèse Étude et optimisation de solutions reposant sur les réseaux cellulaires existants pour l’internet des objets Louis-Adrien DUFRENE En partenariat avec Remerciements J’aimerais tout d’abord remercier mon directeur de thèse Jean-François HÉLARD, ainsi que mes co-encadrants Matthieu CRUSSIÈRE et Jean SCHWOERER, pour leur encadre- ment de qualité et pour tout le soutien technique et moral qu’ils ont su m’apporter durant cette thèse. Je souhaite aussi les remercier pour l’ensemble du travail de relecture qu’ils ont eﬀectué pendant l’écriture de ce manuscrit. Je remercie Marie-Laure BOUCHERET et Laurent ROS qui ont accepté d’être les rap- porteurs de ce manuscrit, et qui ont pris de leur temps pour évaluer ce travail de thèse. Je remercie également l’ensemble des membres du jury pour avoir fait le déplacement jusqu’à Grenoble, pour leur attention durant la présentation, et pour toutes les questions qui ont été posées. Je tiens également à remercier mes amis et collègues de l’équipe CITY d’Orange Labs à Meylan, qui ont su m’accueillir et me supporter durant ces trois dernières années. Grâce à leur expertise scientiﬁque, j’ai pu élargir mon champ de connaissances au delà du simple travail de thèse. Leur expérience et leurs conseils m’ont aussi permis de mieux appréhender le travail de chercheur et la recherche en générale. Plus généralement, j’adresse mes remerciements à tous mes amis, qui ont su me soutenir durant ces trois années de labeur et qui ont grandement participé au bon déroulement de cette thèse. Merci à toi Guillaume pour ta relecture précise et critique du manuscrit ! Enﬁn, je souhaiterais remercier ma chérie Barbara, qui a toujours été là pour moi. Elle m’a aidé à avancer et à garder le moral durant les périodes les plus diﬃciles, tout en me permettant de m’épanouir sur le plan personnel. 1 Table des matières Introduction 7 Contexte général et motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Axes d’étude et principales contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Objectifs et contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Aperçu du document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Brevet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1 L’Internet des Objets et les Réseaux Mobiles 13 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1 Introduction sur l’Internet des Objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.1 La notion d’Internet des Objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2 Les solutions propriétaires : Sigfox et LoRa . . . . . . . . . . . . . . 16 1.1.3 L’opportunité des réseaux cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.1.4 Objectifs de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2 Les réseaux cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.1 Les technologies 2G : GSM, GPRS et EDGE . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.2 Les technologies 3G : UMTS, HSPA et HSPA+ . . . . . . . . . . . . 31 1.2.3 Les technologies 4G : LTE et LTE-A . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.2.4 Conclusion sur le potentiel des réseaux cellulaires dans le cadre de l’IdO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1.3 Description de la couche physique du système GSM/GPRS . . . . . . . . . 52 1.3.1 La modulation GMSK dans le système GSM . . . . . . . . . . . . . . 52 1.3.2 Les canaux logiques et formats de bursts dans le système GSM/GPRS 57 Conclusion de chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2 État de l’art des solutions proposées pour l’IdO reposant sur une évolu- tion des réseaux cellulaires 63 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.1 Contraintes et principaux objectifs du Study Item . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.1.1 Le processus de standardisation du 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.1.2 Objectifs du GERAN pour un support eﬃcace de l’IdO . . . . . . . 64 2.1.3 Principales méthodes d’évaluation des solutions proposées . . . . . . 66 2.2 Présentation et étude des solutions retenues . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2.1 Solutions se basant sur une évolution de la technologie radio du GSM 68 2.2.2 Solutions dites “clean slate” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.2.3 Les solutions non catégorisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.2.4 Analyse et synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.3 Les solutions pour le CIoT : EC-GSM-IoT, LTE-M et NB-IoT . . . . . . . . 80 3 REMERCIEMENTS 2.3.1 Les solutions CIoT de la Release 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.3.2 Les évolutions apportées par la Release 14 . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.3.3 Discussion autour de la localisation pour l’IdO basée sur les réseaux cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Conclusion de chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3 Optimisation des techniques uploads/Geographie/2017isar0022-dufrene-louis-adrien-pdf 1 .pdf