Réseaux de capteurs pour l'assistance aux personnes : conception et développement de mécanismes de fiabilisation

Wireless Sensor Networks for assistance to person : design and development of reliability mechanisms

• Auteur / Autrice : Bastien Mainaud
• Direction : Hossam Afifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance le 22/07/2010
• Etablissement(s) : Evry, Institut national des télécommunications
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Pierre et Marie Curie (Paris ; 1971-2017)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Routage (informatique)

Ordinateurs -- Fiabilité

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Réseaux de capteurs

Fiabilité

Routage

Communications coopératives

Sensor networks

Reliability

Routing

Cooperative communications

Résumé

Les réseaux de capteurs ont créé un domaine de recherche très intéressant avec un champs d'applications très large. L'assistance aux personnes est notamment une des nombreux champs potentiels. Les contraintes de ce type de réseaux sont nombreuses et nécessitent des mécanismes spécifiques. Les problématiques de consommation d'énergie et de sécurité sont particulièrement importantes et ont fait l'objet de travaux spécifiques. La thématique de l'assistance aux personnes impose notamment des contraintes de robustesse et de fiabilité des communications. Le but de ces travaux de recherche est de définir diverses solutions permettant de répondre à ces problématiques. Ces travaux se décomposent en trois parties. Dans un premier temps, une plate-forme de communications basée sur les réseaux personnels PAN a été définie. Cette plate-forme a été développée et intégrée dans une station de métro Parisienne. Une modélisation de cette plate-forme ainsi qu'une analyse des observations et des résultats issus de cette intégration nous ont permis d'identifier les faiblesses de l'architecture et des technologies mises en œuvre. Dans un deuxième temps, nous avons développé diverses solutions permettant de fiabiliser cette plate-forme. En particulier, nous avons conçu un algorithme d'ordonnancement permettant de réduire la consommation d'énergie dans les réseaux capteurs par l'utilisation d'une analyse sémantique des données. Nous avons ensuite proposé une architecture de sécurité, Tiny 3-TLS, qui permet de sécurisé les communications entre un capteur et une entité située sur un réseau disjoint. Enfin, nous nous sommes intéressés aux communications entre cette plate-forme et les terminaux mobiles. L'aspect fiabilité a en particulier fait l'objet de travaux spécifiques. C'est pourquoi dans un troisième temps, nous avons proposé une solution de routage définissant une nouvelle métrique. Nous avons ensuite proposé un protocole coopératif permettant un apport de fiabilité dans les communications

Wireless Sensors Networks is a very active research area with a very large scope of possible application. In particular, assistance to person is one of the promising applications. The constraints in this kind of networks are strong and needs of specifics mechanisms. Energy consumption and security are particularly important and are subject of several works. Assistance to person set some robustness constraints and communications reliability. The goal of these works is to define several solutions to answer to these problematic. This work has been split in three different parts. First, a communication platform based on Personal Network techniques was defined. This platform was design, develop and install in a Paris metro station. We made an analytical model of our platform to perform an analysis of its performances. This analysis and the results from the platform installation itself allow us to clearly define the architecture weaknesses and the technologies drawbacks. Second, we developed several solutions to bring reliability to the platform. First, we designed a scheduling algorithm allowing to reduce the bandwidth utilization. This algorithm uses a semantic data analysis to help the data scheduling. Then, we define a solution bringing security to the communications between a sensor node and a remote monitoring terminal. This solution allows to establish a secure end-to-end tunnel between two entities in an heterogeneous network. At last, we were interested to the communications between the platform and the mobile terminal. We focus our work on the reliability aspect of the communications. So, in the last part of this thesis, we suggest a routing protocol using a metric based on the RSSI. Then, we define a cooperative protocol bringing more reliability to the communications