Communication tactique d’urgence : avancées et perspectives

C’est lors de situations d’urgence, comme celles survenues au marathon de Boston en 2013 ou plus récemment lors de la fusillade dans un bar d’Orlando, ou encore lors d’interventions tactiques en Afghanistan ou d’interventions humanitaires en Haïti que les systèmes de communications faillissent et montrent leurs limites. Pourtant, c’est bien à ces moments-là que ces systèmes sont primordiaux pour assurer la sécurité et la vie des personnes concernées. On est en droit de s’attendre à ce qu’ils soient opérationnels, quelle que soit la situation.

C’est le défi que le professeur Gagnon et son équipe relèvent depuis 2001. Pour y parvenir, ils se sont associés à l’entreprise Ultra Electronics TCS, le chef de file mondial du marché des radios tactiques à haute capacité et à plusieurs professeurs de renommée mondiale. Grâce à ces collaborations, ils développent les technologies nécessaires afin de rendre les systèmes de communication plus performants et surtout plus fiables. La Chaire de recherche industrielle en communication sans fil tactique et d’urgence est dédiée au développement de technologies de pointe qui permettent de mettre en place des systèmes cognitifs sans fil à haut débit.

Entre 2009 et 2013, le financement de la Chaire a représenté un peu plus de 1,2 million de dollars annuellement et a été assuré par le partenaire industriel, le Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Prompt Québec et d’autres organismes subventionnaires de la recherche du Québec et du Canada. Ceci a permis de remettre annuellement plus de 500 000 $ en bourses d’études à des étudiants de 2^e et 3^e cycles et de financer cinq autres chercheurs et professionnels pour soutenir la recherche.

Depuis que la Chaire de recherche industrielle est directement soutenue par le programme du CRSNG, c’est 25 étudiants à la maîtrise, 12 doctorants, 5 post-doctorants, 10 professionnels de recherche et 2 chercheurs institutionnels qui ont bénéficié du soutien financier et académique de la Chaire. De ce fait, c’est une vingtaine de chercheurs qui ont gravité simultanément durant ces cinq années afin de développer les prochaines technologies qui permettront d’atteindre le but recherché par le professeur Gagnon. Un grand nombre de diplômés issus du partenariat travaillent maintenant dans des entreprises hautement concurrentielles : que l’on pense à Samsung, Amazon, Ericsson, Bell, Vidéotron, Kontron ou Accedian Networks.

Les résultats sont probants : durant les cinq premières années de la Chaire de recherche, 80 articles scientifiques ont été publiés dans des journaux et conférences parmi les plus prestigieux dans le domaine et ont généré plus de 800 citations. Trois brevets ont été déposés conjointement par Ultra Electronics TCS et des chercheurs de la Chaire. Les domaines couverts par ces nouveautés technologiques sont vastes, mais toujours liés directement à l’objectif premier de rendre les systèmes de communication sans fil plus fiables et performants.

Les domaines de recherche couverts touchent notamment l’élaboration de nouveaux composants Radio Fréquence (RF) plus performants et agiles. Grâce aux installations de production de pointe de composants  « Low Temperature Co-fired Ceramic » (LTCC), deux étudiants des professeurs Kouki et Gagnon, Nouria Belambri (amplificateur faible bruit à large bande) et Abdelkhaled Kallel (amplificateur de puissance large bande), ont terminé respectivement 5^e (en 2011) et 4^e (en 2013) à deux symposiums internationaux portant sur les micro-ondes et regroupant l’élite des étudiants du domaine.

Le champ d’expertise de la Chaire touche également la sécurité des communications sans fil en rendant les signaux particulièrement  plus difficiles à intercepter et à détecter. C’est le professeur Georges Kaddoum, auparavant chercheur postdoctoral au sein de la chaire, qui a mené les travaux de recherche en collaboration avec plusieurs chercheurs de la Chaire et d’autres universités afin de trouver des solutions à ce problème. L’équipe de chercheurs menée par le professeur Kaddoum a exploité la théorie du chaos et ses caractéristiques afin de proposer des solutions novatrices et performantes.

La Chaire s’est également intéressée à l’optimisation des réseaux sans fil notamment en étudiant le placement optimal des répéteurs et des stations de base cellulaires dans un contexte d’économie et d’efficacité énergétique pour les réseaux utilisant des stratégies de relais des signaux avec décodage avant retransmission. Comme toute recherche démontrant un concept fondamental, ces travaux de Fanny Parzysz sont un apport théorique important. Ils sont aussi liés à l’utilisation des drones aériens afin de positionner dynamiquement et de façon optimale les relais de communication. Cette problématique a fait l’objet d’un autre projet de recherche dirigé par l’équipe du professeur Akhrif en collaboration avec celle du professeur Gagnon.

Les travaux de recherche ont également abordé le thème de l’adaptation des paramètres de la radio afin d’augmenter la fiabilité des communications en fonction des changements dans son environnement. L’adaptation est un élément essentiel à la radio cognitive et les chercheurs de la Chaire ont développé plusieurs techniques originales d’adaptation dynamique afin de maintenir les performances de la radio et de préserver les communications sans fil, peu importe les différents aléas ou perturbations de l’environnement.

Un exemple de technique originale d’adaptation dynamique développée pour contrer un blocage malicieux

Dans le second mandat de la Chaire, les thèmes abordés seront essentiellement les mêmes, mais les chercheurs essaieront d’explorer l’utilisation des nouvelles technologies, notamment des capteurs de plus en plus présents et abordables afin d’améliorer l’expérience de l’usager, l’autonomie de la radio et son adaptabilité. Les attentes quant aux résultats et retombées resteront toutefois toujours aussi élevées et nous sommes persuadés qu’ils seront aux rendez-vous.

Auteurs

Samuel Gagné est chargé de l’application technologique et informatique au Département de génie électrique de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Il a été ingénieur de recherche de 2010 à 2014 pour la Chaire de recherche industrielle CRSNG-Ultra Électronics (TCS) en communication sans fil d’urgence et tactique de haute performance de l’ÉTS. Ses champs d’expertise sont le traitement numérique du signal, les communications sans fil, les radios logicielles et la simulation de systèmes de communication.

François Gagnon, ing., Ph.D., est professeur à l’École de technologie supérieure (ÉTS) depuis 1991 et titulaire de la Chaire CRSNG-Ultra Électronique. Ses réalisations scientifiques sont centrées sur l’analyse et la conception des techniques de communication sans fil. Il détient 9 brevets et est membre du conseil d’administration des Fonds de Recherche Québec Nature et Technologie. Parmi les multiples honneurs reçus, mentionnons que sa collaboration avec Ultra Électronique s’est méritée le prix Synergie 2008, la plus haute distinction de partenariat du CRSNG.