Soutenance mémoire
En effet, le travail effectué dans le cadre du présent mémoire s’inscrit dans le cadre d’un projet d’équipe appelé « Launch & Forget » en partenariat avec Ultra Electronics TCS. L’objectif de ce projet est de créer un drone entièrement autonome permettant de prendre automatiquement le relai radio entre deux nœuds radios mobiles dont la qualité de la liaison de communication devient mauvaise.
Le projet global comporte trois volets principaux :
La modélisation du drone
L’objectif de ce volet est de réaliser un modèle réaliste d’un drone commercial pour les simulations et le développement des algorithmes de contrôle. Ceci, en acquérant les paramètres de vol (force de poussée des moteurs, masse du drone, inertie du châssis, inertie des moteurs, etc.) et en intégrant les données correspondantes au simulateur. Les résultats obtenus permettront ensuite d’identifier les spécifications à considérer lors du choix du drone.
Les algorithmes de contrôle
Cette partie du projet vise le développement d’un système de contrôle pour répondre adéquatement au scénario et aux objectifs du projet, soit le positionnement autonome du drone en fonction des caractéristiques mesurées des liaisons radios entre le drone et les émetteurs radios montés sur les véhicules. Ceci nécessite un ajustement et une optimisation des algorithmes de contrôle selon les scénarios et les paramètres du drone.
Modélisation du canal : volet communication
En effet, cette partie du projet représente l’objet de notre étude. La démarche générale se base sur la conception d’un simulateur permettant d’obtenir les puissances reçues à un point donné de l’espace. La structure et les paramètres de simulation doivent permettre facilement de construire un scénario complet où les deux véhicules peuvent se déplacer dans l’espace selon les trois degrés de liberté (X,Y,Z) en imitant le comportement réaliste d’une voiture dont la vitesse est variable dans le temps. Dans le calcul des puissances, les positions des antennes et leurs patrons de rayonnement doivent être pris en compte.
D’autre part, une étude des différents modèles de propagation existants dans la littérature doit être effectuée afin d’identifier le modèle le plus approprié au contexte du projet et de l’intégrer au simulateur. Ensuite, une stratégie do positionnement du drone doit être adoptée en fonction des résultats fournis par le simulateur
Définition du relai aérien
Un relai de communication peut être défini comme une station qui transmet des messages d’une station à une autre ou entre plusieurs stations, de manière à faciliter les communications entre ces unités. Ces relais sont utilisés pour étendre la portée de communication en répétant des signaux radio. Il existe plusieurs façons d’établir un relai de communication, et l’une de ces techniques est le relai aérien en utilisant des avions, des satellites ou des drones. Ce dernier type de relai, offre plus de flexibilité au niveau du déploiement et d’extensibilité. De plus, il permet de résoudre certains problèmes de communication qui sont engendrés par l’absence de la ligne de vue directe (LOS) entre deux stations radio. Ce relai aérien peut donc être très utile dans les régions montagneuses ou forestières où une communication directe est rendue difficile ou même, dans certains cas, impossible.
Champs d’application
Aujourd’hui, les plateformes de drones sont utilisées pour assurer la fonction d’un relai de communication, et ceci, dans plusieurs applications et notamment celles qui sont utilisées dans des missions secrètes ou d’urgence où la communication entre les différentes entités représente un défi face aux conditions environnementales et à certaines circonstances difficiles. Ces circonstances peuvent être liées, par exemple, à des conditions d’urgence ou d’intervention dans le cadre de certaines missions.
Communication en environnement d’urgence
Un relai aérien peut être facilement mis en place dans un environnement d’urgence où, par exemple, on pourra remplacer un réseau cellulaire détruit par un désastre grâce à une communication assurée par un drone opérant comme une station de base alternative pouvant connecter les terminaux mobiles et même les localiser. Dans cette perspective, le relai aérien assure une fonction de sauvetage dans les circonstances les plus désastreuses et dangereuses.
Communication en mission
La nature de certains convois ou missions peut rendre impossible la communication à travers un réseau préétabli. Ceci pourrait être dû à des raisons de sécurité ou de difficulté d’accès. D’autre part, la plupart des réseaux personnels sans fils (WPAN) sont limités en portée. On peut, par conséquent, voir l’importance de la mise en place d’un relai aérien auquel se connectent les terminaux au cours de la mission. Une telle plateforme permettra aux terminaux mobiles de communiquer entre eux d’une manière plus sûre et avec une qualité de service acceptable.
Architecture d’un relai aérien
Avant d’entamer une étude détaillée du relai aérien, il est important de présenter son architecture. Ceci revient à définir ses différentes composantes (drone, antennes…) et les entités extérieures avec lesquelles il interagit.
Le drone
Le drone représente le support du relai aérien. Ce support se caractérise par une grande mobilité et une rapidité qui lui permettront de se positionner de façon à relier les nœuds au sol au cours de leur déplacement. Il existe plusieurs types de drones dont le quadrotor qui est très utilisé dans les études académiques grâce à son coût raisonnable et sa stabilité par rapport à d’autres types de drones.
L’altitude du drone consiste un élément très important dans la conception du relai aérien. En effet, le drone doit être suffisamment haut afin de surmonter tout type d’obstacle (édifice, arbre, montagne…). Cependant, certains types de drones sont limités en termes d’altitude maximale ou d’autonomie. Ceci revient à considérer une certaine limitation dans l’altitude considérée dans la simulation de notre relai aérien.
D’autre part, il est important de prendre compte de la nature autonome du relai aérien qui constitue l’une des spécifications du projet pour lequel on présente cette étude. En effet, lors de la conception du relai aérien, on doit penser à garder le drone à une altitude raisonnable afin de ne pas courir le risque de perte de communication résultant à un comportement inattendu du drone.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PRÉSENTATION DU RELAI DE COMMUNICATION AÉRIEN
1.1 Introduction
1.2 Mise en contexte
1.2.1 La modélisation du drone
1.2.2 Les algorithmes de contrôle
1.2.3 Modélisation du canal : volet communication
1.3 Définition du relai aérien
1.4 Champs d’application
1.4.1 Communication en environnement d’urgence
1.4.2 Communication en mission
1.5 Architecture d’un relai aérien
1.5.1 Le drone
1.5.2 Antenne du drone
1.5.3 Antenne du mobile au sol
1.6 Positionnement du relai aérien
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 MODÈLES DE PROPAGATION
2.1 Introduction
2.2 Modèles de Rice et de Rayleigh
2.2.1 Modèle de Rice
2.2.2 Modèle de Rayleigh
2.3 Le modèle de Olsen-Segal
2.4 Modèle ITU-R pour lien satellitaire
2.5 Modèles WINNER II
2.5.1 Scénarios proposés par WINNER II
2.5.2 Modélisation de l’affaiblissement
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 SIMULATION DU RELAI AÉRIEN
3.1 Introduction
3.2 Description de l’environnement
3.2.1 Géométrie du milieu
3.2.2 Mobilité
3.3 Caractéristiques du relai aérien
3.3.1 Antennes et fréquence de porteuse
3.3.2 Comportement du drone : Pont aérien
3.3.3 Algorithme de recherche de la position optimale
3.3.4 Modélisation du lien selon Winner II
3.4 Problèmes rencontrés
3.4.1 Directivité des antennes associées aux nœuds mobiles
3.4.2 Comportements des nœuds mobiles
3.5 Solutions proposées
3.5.1 Mât aérien
3.5.2 Modification des antennes
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION ET COMPARAISON DES STRATÉGIES :
PONT AÉRIEN VS MÂT AÉRIEN
4.1 Introduction
4.2 Description des scénarios de simulation
4.3 Simulation temporelle
4.3.1 Scénario 1
4.3.2 Scénario 2
4.3.3 Scénario 3
4.4 Résultats statistiques
4.5 Conclusion
CONCLUSION
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