Sujet de Stage

Contexte Les jumeaux numériques (JN) reposent sur une communication continue et bidirectionnelle entre un système physique et son double virtuel. Cette communication dépend souvent de réseaux sans fil (Wi-Fi, 5G, LoRaWAN, etc.), qui doivent gérer un trafic hétérogène, des conditions de canal variables et des contraintes de ressources [2, 3]. Assurer une synchronisation en temps réel entre le système physique et le JN est essentiel pour garantir précision, réactivité et fiabilité, en particulier dans des contextes industriels et IoT où la latence, le jitter, la perte de paquets et les limitations de bande passante peuvent dégrader les performances. Les méthodes traditionnelles d'allocation statique des ressources dans les réseaux sans fil ne permettent pas de garantir des performances optimales dans des conditions dynamiques et imprévisibles [3, 1]. Les algorithmes adaptatifs, s'appuyant sur l'intelligence artificielle, l'apprentissage par renforcement ou l'optimisation heuristique, offrent des solutions prometteuses pour gérer dynamiquement les ressources réseau, telles que la bande passante, la puissance de transmission et les politiques d'ordonnancement. En optimisant l'allocation de ces ressources, il devient possible d'améliorer à la fois les performances du réseau et la fidélité du JN, tout en réduisant la consommation d'énergie et la surcharge inutile.

Problématique Assurer une synchronisation fiable entre les systèmes physiques et les jumeaux numériques via des réseaux sans fil soulève plusieurs questions non résolues : Quels paramètres réseau (latence, jitter, perte de paquets, débit, consommation d'énergie) impactent le plus la fidélité et la réactivité des jumeaux numériques ? Comment concevoir des algorithmes adaptatifs capables de réallouer dynamiquement les ressources sans fil en temps réel, malgré des conditions réseau variables et imprévisibles ? Comment concilier des objectifs parfois conflictuels, tels que maximiser la précision et la réactivité du JN tout en minimisant la consommation d'énergie et en évitant la congestion du réseau ? Comment valider et comparer l'efficacité des stratégies d'allocation adaptative à travers différentes technologies sans fil (Wi-Fi, 5G, LoRaWAN) et différents cas d'usage de jumeaux numériques ?

Ce travail vise à répondre à ces questions en proposant et en évaluant des méthodes d'allocation adaptative des ressources capables d'optimiser le comportement des réseaux sans fil pour garantir une synchronisation précise et efficace des jumeaux numériques.

Références [1] Nikolaos Apostolakis et al. « Digital twins for next-generation mobile networks : Applications and solutions ». In : IEEE Communications Magazine 61.11 (2023), p. 80-86. [2] Latif U Khan et al. « Digital twin of wireless systems : Overview, taxonomy, challenges, and opportunities ». In : IEEE Communications Surveys & Tutorials 24.4 (2022), p. 2230-2254. [3] Shah Zeb et al. « Industrial digital twins at the nexus of NextG wireless networks and computational intelligence : A survey ». In : Journal of Network and Computer Applications 200 (2022), p. 103309.