Étude de transmissions sans fil en environnements industriels aéronautiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Study of wireless transmissions in aeronautical industrial environments

Étude de transmissions sans fil en environnements industriels aéronautiques

Albekaye Traoré
  • Fonction : Auteur

Résumé

Today, a fourth industrial revolution, called Industry 4.0, is underway to ensure the digitization and automation of production systems in a global ecosystem which respects climate and economic challenges. It is built around the concept of Cyber Physical Systems (CPS) that is used to create production tools capable of interacting continuously with their environment through the association of physical, computer and communication elements. These production tools must create an ecosystem in order to coordinate exchanges between them. In these conditions, it is essential to count on a smart wireless industrial network capable of sending the right information, at the right time, to the right target. Wireless communication based on radio waves is not new but it remains problematic in industrial environments for several reasons. Due to the specificity of the industrial environment and the production technologies usage contexts, the propagation of electromagnetic waves will introduce phenomena that can impact the performance of wireless technologies. In this thesis, we study the impact of the electromagnetic waves behavior on the wireless technologies performance in an aeronautical industrial environment. These studies cover both the aspects related to the propagation channel, the PHY layer and Quality of Service (QoS). Our work takes into account the specificity of the aeronautical industrial environment (presence of aircraft structures: fuselage, central box, wing, etc.) and the operational constraints related to business processes in the definition of the main transmission configurations to be addressed. Each configuration is studied using jointly simulations and experiments in real situations which could not be simplified. This generates additional complexity of the experiments and their comparison with the simulations. Our first contribution concerns the design of the radio propagation channel models to predict the path loss and the average behavior of the channel impulse response of each transmission configuration. The second contribution is the exploitation of these models in the simulation chain of the 802.11g, 802.11n and 802.11ac technologies PHY layer to analyze the influence of the channels through the Packet Error Rate (PER). To go beyond the simulation, we deployed an 802.11n network in order to evaluate this time the impact of the channels on the network layer Quality of Service (QoS) metrics, namely throughput, latency, and packet error rate. We conclude our work by the proposal of a multi-bearers system in the form of a perspective. This system aims to improve QoS by smartly selecting the best suited technology to the operating context.
Aujourd’hui, une quatrième révolution industrielle, appelée Industrie 4.0, est en marche afin d’assurer la numérisation et l’automatisation des systèmes de production dans un écosystème global respectueux des enjeux climatiques et économiques. Elle s’appuie sur le concept des Systèmes Cyber-Physiques (Cyber Physical Systems, CPS) pour créer des outils de production capables d’interagir avec leur environnement de manière continue via l’association d’éléments physiques, informatiques et de communication. Ces outils de production devront former un écosystème dans le but de coordonner leurs échanges. Dans ces conditions, il est indispensable de se doter d’un réseau industriel sans fil intelligent, capable d’envoyer la bonne information, au bon moment, à la bonne cible. La communication sans fil basée sur les ondes radioélectriques n’est pas nouvelle. Cependant, elle reste problématique dans des environnements industriels pour plusieurs raisons. En effet, de par la spécificité de l’environnement industriel et les contextes d’utilisation des technologies de production, la propagation des ondes électromagnétiques va introduire des phénomènes pouvant impacter la performance des technologies sans fil. Dans ces travaux de recherche, nous étudions l’impact du comportement des ondes électromagnétiques en environnement industriel aéronautique sur la performance des technologies sans fil. Ces études couvrent à la fois les aspects liés au canal de propagation, à la couche PHY et à la Qualité de Service (QoS). Nos travaux prennent en compte la spécificité de l’environnement industriel aéronautique (présence des structures d’avion : fuselage, caisson central, voilure, …) et des contraintes opérationnelles liées aux processus métier dans la définition des principales configurations de transmission à traiter. Ces dernières sont étudiées en s’appuyant conjointement sur des simulations et des expérimentations en situation réelle qui ne pouvaient donc pas être simplifiées. Cela engendre une complexité supplémentaire des expérimentations et de leur comparaison avec les simulations. Notre première contribution concerne la conception de modèles de canaux permettant de prédire l’affaiblissement de la puissance en fonction de la distance et le comportement moyen de la réponse impulsionnelle de chaque configuration de transmission. La deuxième contribution est l’exploitation de ces modèles dans la chaîne de simulation de la couche PHY des technologies 802.11g, 802.11n et 802.11ac afin d’analyser l’influence des canaux à travers le taux d’erreur paquet (PER). Pour aller au-delà de la simulation, nous avons réalisé le déploiement d’un réseau 802.11n afin d’évaluer cette fois-ci l’impact des canaux sur les métriques de QoS de la couche réseau à savoir le débit réel, la latence et le taux d’erreur paquet. Nos travaux se terminent par la proposition d’un système multi-bearers sous forme de perspective qui vise à améliorer la QoS en choisissant de manière intelligente la technologie la plus adaptée au contexte d’opération.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03346910 , version 1 (16-09-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03346910 , version 1

Citer

Albekaye Traoré. Étude de transmissions sans fil en environnements industriels aéronautiques. Electronique. Université de Poitiers, 2020. Français. ⟨NNT : 2020POIT2266⟩. ⟨tel-03346910⟩
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