Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les systèmes de communication sans fil, ayant de nombreux avantages pour les zones rurales, peuvent aider la population à bien s'y établir au lieu de déménager vers les centres urbains, accentuant ainsi les problèmes d’embouteillage, de pollution et d’habitation. Pour une planification et un déploiement efficace de ces systèmes, l'atténuation du signal radio et la réussite des liens d’accès doivent être envisagées. Ce travail s’intéresse à la provision d’accès Internet sans fil dans le contexte rural canadien caractérisé par sa végétation dense et ses variations climatiques extrêmes vu que les solutions existantes sont plus concentrées sur les zones urbaines. Pour cela, nous étudions plusieurs cas d’environnements difficiles affectant les performances des systèmes de communication. Ensuite, nous comparons les systèmes de communication sans fil les plus connus. Le réseau sans fil fixe utilisant le Wi-Fi ayant l’option de longue portée est choisi pour fournir les communications aux zones rurales. De plus, nous évaluons l'atténuation du signal radio, car les modèles existants sont conçus, en majorité, pour les technologies mobiles en zones urbaines. Puis, nous concevons un nouveau modèle empirique pour les pertes de propagation. Des approches utilisant l’apprentissage automatique sont ensuite proposées, afin de prédire le succès des liens sans fil, d’optimiser le choix des points d'accès et d’établir les limites de validité des paramètres des liens sans fil fiables. Les solutions proposées font preuve de précision (jusqu’à 94 % et 8 dB RMSE) et de simplicité, tout en considérant une multitude de paramètres difficiles à prendre en compte tous ensemble avec les solutions classiques existantes. Les approches proposées requièrent des données fiables qui sont généralement difficiles à acquérir. Dans notre cas, les données de DIGICOM, un fournisseur Internet sans fil en zone rurale canadien, sont utilisées.

Wireless communication systems have many advantages for rural areas, as they can help people settle comfortably and conveniently in these regions instead of relocating to urban centers causing various overcrowding, habitation, and pollution problems. For effective planning and deployment of these technologies, the attenuation of the radio signal and the success of radio links must be precisely predicted. This work examines the provision of wireless internet access in the Canadian rural context, characterized by its dense vegetation and its extreme climatic variations, since existing solutions are more focused on urban areas. Hence, we study several cases of difficult environments affecting the performances of communication systems. Then, we compare the best-known wireless communication systems. The fixed wireless network using Wi-Fi, having the long-range option, is chosen to provide wireless access to rural areas. Moreover, we evaluate the attenuation of the radio signal, since the existing path loss models are generally designed for mobile technologies in urban areas. Then, we design a new path loss empirical model. Several approaches are then proposed by using machine learning to predict the success of wireless links, optimize the choice of access points and establish the validity limits for the pertinent parameters of reliable wireless connections. The proposed solutions are characterized by their accuracy (up to 94% and 8 dB RMSE) and simplicity while considering a wide range of parameters that are difficult to consider all together with conventional solutions. These approaches require reliable data, which is generally difficult to acquire. In our case, the dataset from DIGICOM, a rural Canadian wireless internet service provider, is used.