Réseau de communication auto-organisé pour l'entraide citoyenne post-catastrophe

Avec le réchauffement climatique, les phénomènes météorologiques extrêmes tels que les tempêtes, les cyclones, les inondations, les feux de forêts et glissements de terrain sont de plus en plus fréquents et intenses. Dans les zones touchées, les infrastructures de communication sont très souvent impactées. Même si ces infrastructures ne sont pas elles-mêmes détruites ou endommagées, il est de plus en plus fréquent que leur alimentation électrique soit défectueuse, les rendant partiellement ou totalement inopérantes. Dans ces conditions, les sinistrés sont dans l'impossibilité de communiquer, et l'organisation des interventions des équipes de secours devient plus difficile.

Cette thèse vise à améliorer la communication dans les zones sinistrées dépourvus de moyens de communication classiques (type 4G/5G) pour faciliter l'entraide entre citoyens avant le rétablissement de ces infrastructures de communication, et pour accélérer les secours, par exemple en constituant un état des lieux au plus tôt, avant même l'arrivée des équipes d'intervention. Les travaux de thèse ont pour objectif de définir un réseau auto-organisé (sans infrastructure fixe), robuste et sécurisé reposant sur dispositifs de communication économes en énergie et des communications mobiles ad hoc à longue portée et faible débit, telles que celles qui peuvent être obtenues avec la technologie LoRa.

Plusieurs travaux se sont récemment intéressés aux communications LoRa D2D (device-to-device) pour des systèmes et applications destinés pour la plupart aux équipes de secours pour assurer leur coordination dans les zones sinistrées  [10,4,6,5]. Parfois, il est envisagé que les communications soient relayées par des drones [3,9,11]. Pourtant, lors de catastrophes naturelles, les premiers secours peuvent mettre du temps à parvenir aux victimes et l'entraide entre les citoyens prend alors une importance primordiale. On peut citer l'exemple d'une application permettant aux sinistrés de se signaler et à ceux parmi eux qui possèdent une expertise (médicale par exemple) de pouvoir porter assistance en attendant l'intervention de secours [10]. Les travaux publiés à ce jour dans ce domaine présentent tous des limitations. Effet, ils ne considèrent qu'une seule bande de fréquence LoRa, et proposent des protocoles multi-sauts opportunistes ou tolérants aux ruptures de connectivité pour mettre en œuvre ces réseaux auto-organisés qui reposent sur l'inondation ou l'épidémie (Epidemic Routing Protocol) ou sur le Bundle protocol. De fait, ils ne préservent pas les capacités du réseau en générant beaucoup de trafic, et ne permettent pas un passage à l'échelle. La durée de fonctionnement des dispositifs de communication s'en trouve également affectée, car de nombreuses transmissions doivent être réalisées.

L'objectif de la thèse est de faire une synthèse des travaux proposant des systèmes ou des applications favorisant l'organisation des secours et/ou l'entraide des citoyens lors de catastrophes, d'identifier les besoins des citoyens en termes de communication et d'entraide, et de définir les propriétés du réseau qui supportera ces applications en termes de structure, de topologie, de protocole de transmission des données et d'interface d'accès. Ce réseau pourra exploiter les bandes de fréquences LoRa 433MHz, 868MHz et 2.4GHz pour transmettre des données de nature et de taille variées. Il devrait être efficace du point de vue des délais de transmission des données, du taux de délivrance des données et du point de vue de la consommation d'énergie. Cette thèse pourra également explorer les possibilités d'estimation de distance offerte par LoRa sur la bande 2.4 GHz avec des techniques dites "2 way ranging" pour localiser les citoyens les uns par rapport aux autres.

Dans le cadre de cette thèse, le ou la candidat(e) s'attachera dans un premier temps à réaliser une étude bibliographique des solutions existantes. Puis dans un second temps, il (ou elle) devra proposer une solution répondant au problème énoncé ci-dessus, et réaliser un prototype expérimental pour valider les idées proposées.