Access layer techniques for machine type communications in LTE/LTE-A

Les communications de type machine-à-machine M2M sont considérées comme des formes de communication de données qui ne requièrent pas nécessairement d'interaction humaine. Cependant, ce type de communication n'est pas efficace dans les réseaux cellulaires, en raison de leurs caractéristiques spécifiques, telles que. L'objectif de cette thèse est de proposer des mécanismes et d'optimiser les techniques de la couche d'accès radio LTE pour les communications M2M. Pour l'accès au canal de liaison montante, nous proposons deux méthodes afin d'améliorer la performance d'accès aléatoire en terme de latence et de consommation énergétique: une méthode d'agrégation de paquets et une autre de transmission multiple pendant l'intervalle de temps de transmission. Afin de réduire encore plus le temps de latence de liaison montante et permettre une connexion d'un grand nombre de machines au réseau, nous proposons une nouvelle méthode d'accès basée sur la contention CBA pour éviter d'une part la signalisation redondante pour accéder au canal et d'autre part la latence de l'ordonnanceur. Pour la réception de liaison descendante, nous proposons deux méthodes pour analyser les performances du mécanisme de réception discontinu DRX pour les applications M2M: la première se base sur une distribution de Poisson, la suivante sur une distribution Pareto pour le trafic sporadique. Avec les modèles proposés, le facteur d'économie d’énergie et la latence pour transiter du mode sommeil au mode actif peuvent être estimés avec précision pour un choix donné de paramètres DRX, permettant ainsi de sélectionner ceux permettant d'atteindre le compromis optimal.Machine type communications is seen as a form of data communication, among devices and/or from devices to a set of servers, that do not necessarily require human interaction. However, it is challenging to accommodate MTC in LTE as a result of its specific characteristics and requirements. The aim of this thesis is to propose mechanisms and optimize the access layer techniques for MTC in LTE. For uplink access, we propose two methods to improve the performance of random access in terms of latency: a packet aggregation method and a Transmission Time Interval bundling scheme. To further reduce the uplink latency and enable massive number of connected device, we propose a new contention based access method (CBA) to bypass both the redundant signaling in the random access procedure and also the latency of regular scheduling. For downlink reception, we propose two methods to analyze the performance of discontinuous reception DRX mode for MTC applications: the first with the Poisson distribution and the second with the Pareto distribution for sporadic traffic. With the proposed models, the power saving factor and wake up latency can be accurately estimated for a given choice of DRX parameters, thus allowing to select the ones presenting the optimal tradeoff