Méthode d'estimation de la durée de vie des objets connectés

Method for connected devices lifetime estimation

• Auteur / Autrice : Wilfried Dron
• Direction : Patrick Garda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 10/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Tixeuil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Duquennoy, Yves Leduc, Khalil Hachicha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Girard, Sébastien Pillement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Émulateurs (logiciels)

Réseaux de capteurs (technologie)

Ordonnancement (informatique)

Accumulateurs

Internet des objets

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

Batterie

Objets connectés

Durée de vie

Modélisation

Simulation

Réseaux de capteurs sans fils

Batteries

Connected devices

Lifetime

Résumé

Les objets connectés sont des systèmes embarqués communicants, généralement alimentés par des sources d’énergie limitées comme des batteries. Leur durée de vie devient alors une contrainte importante qu’il est nécessaire de prendre en compte dès les premières étapes de leur conception. Dans le contexte de ces travaux de thèse, cette durée de vie est définie comme étant le temps qui s’écoule depuis le démarrage du système jusqu’à l’épuisement de sa source d’alimentation. Nous nous intéressons ici à l’estimation de cette durée de vie lors des phases de conception amont. Une étude de l’état de l’art nous a montré que les solutions d’estimation proposées par la communauté scientifique ne sont pas assez précises. Aussi, afin de remédier à ce manque de précision, nous présentons une méthode permettant d’estimer cette durée de vie dans le cas d’application des réseaux de capteurs sans fils. Cette méthode prend en considération trois aspects fondamentaux, à savoir, l’application logicielle embarquée sur le nœud de capteur, sa plateforme matérielle et la batterie qui l’alimente. Cette méthode a été implémentée sous la forme d’un environnement (framework) pour le simulateur de réseaux à évènement discret OMNeT++. Nous avons évalué la précision et les performances de simulation de notre méthode. Par ailleurs, dans le cadre d’une collaboration scientifique avec le SICS (Suède) notre méthode a été appliquée à l’étude d’un réseau de capteurs composé de 25 nœuds exploitant la plateforme matérielle T-Mote Sky, le protocole de communication 6LowPan et le système d’exploitation ContikiOS. Lors de cette étude, nous avons étendu la durée de vie du réseau de quelque mois à plus d’une année. Enfin, nous avons confronté nos résultats de simulation à des mesures expérimentales. L’erreur moyenne absolue obtenue, tous modèles confondus, est comprise entre 6,17% et 11,56% de la durée de vie totale. En comparaison, les méthodes de l’état de l’art ont une erreur d’estimation supérieure à 35%. Soulignons que tous nos résultats de simulation ont été obtenus avec des modèles établis à partir des données disponibles dans les documentations techniques et qu’aucune calibration n’a été nécessaire.

Connected devices are embedded electronic systems that are powered by batteries. Their lifetime is an important constraint to take into account at very early design stages. In the context of this work, the lifetime is defined as being the time elapsed from the device very first boot until its battery does not contain enough energy to supply it. Thus, in this work, we investigate lifetime estimation in early design stages. A deep state-of-the-art's study showed that existing solutions were not accurate enough to do such estimation. Therefore, we introduce an original method oriented toward lifetime estimation in order to address this limitation. Our method relies on three fundamental aspects that are the software running on the device, its hardware platform and the battery that supplies it. This method has been implemented as a framework for the OMNeT++ network simulator. We evaluate the simulation performances of our implementation as well as the precision of our method. Moreover, in the context of a scientific collaboration with the SICS (Sweden), this method has been applied to a case study that implies several TMote Sky nodes running ContikiOS with a RPL/6LowPan communication's stack. Actually, our method gave us access to useful insights. These latter were used to improve the lifetime from 4 months to more than a year. We also compare our method’s simulation results to real experiment's measures. The absolute mean error is going from 6.17% to 11.56% depending on the model. In comparison, the state-of-the-art methods/solutions lead to an error that is greater than 35% - which highlights their inaccuracies. We also need to mention that the models that we have designed in our method were built using only the technical specifications and do not require any calibration.