Configuration dynamique et routage pour l'internet des objets

Dynamic Configuration and Routing for the Internet of Things

• Auteur / Autrice : Patrick Olivier Kamgueu
• Direction : Olivier Festor, Emmanuel Nataf, Maurice Tchuenté, Thomas Djotio Ndié
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Yaoundé I
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Charles Awono Onana
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Yacine Ghamri Doudane, Nathalie Mitton, Noura Limam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Yacine Ghamri Doudane, Nathalie Mitton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Logique floue

Qualité de Service (télécommunications)

Économies d'énergie

Routage (informatique)

Internet des objets

Mots clés libres

Métriques de routage

Internet des Objets

RPL

Efficacité énergétique

Logique floue

Qualité de Service

Routing metrics

Internet of Things

RPL

Energy efficiency

Fuzzy logic

Quality of Service

Résumé

L’intérêt croissant de la communauté scientifique et industrielle ces dernières années pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSF), a conduit à la définition de nouveaux protocoles normalisés prenant en compte les spécificités matérielles des nœuds utilisés. Dans la couche réseau, le protocole RPL (de l’acronyme anglais IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) a été proposé en 2012 par l’IETF, comme standard de routage pour les réseaux dont les nœuds sont de type "LLN" (Low-power and Lossy Network), i.e. caractérisés par une faible autonomie énergique et transmettant sur des liens radios dotés d’un taux de perte de données élevé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’optimisation du routage dans ces réseaux (notamment ceux utilisant la pile protocolaire TCP/IP), ainsi qu’à leur interconnexion efficace à Internet à des coûts soutenables. Tout d’abord, nous proposons deux fonctions d’objectif organisant le routage avec RPL. La première se sert de l’unique critère énergétique, avec comme objectif principal la maximisation de la durée de vie du réseau. Pour ce faire, nous avons implémenté un modèle d’estimation d’énergie, intégré par la suite aux nœuds pour leur permettre d’estimer en temps réel leur énergie résiduelle. La deuxième fonction d’objectif proposée, vise à combiner plusieurs critères pour la prise en compte de la qualité de service durant le routage. Nous développons un modèle à base de la logique floue pour mettre en œuvre la combinaison. En effet, elle nous permet d’obtenir un bon compromis entre les différentes entrées et requiert une empreinte mémoire faible. Dans la dernière partie de cette thèse, nous concevons et implémentons une architecture d’activation de passerelles permettant d’assurer une connexion Internet efficace de divers RCSFs utilisant RPL, pour la réalisation de la vision de l’Internet des Objets

In recent years, the growing interest of scientific and industrial community has led to the standardization of new protocols that consider the unique requirements of Wireless Sensor Networks (WSN) nodes. At network layer, RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) has been proposed by IETF as the routing standard for network that uses LLN nodes, namely, those where both nodes and their interconnects are constrained. They operate on low-power embedded batteries and use lossy links, making communications unreliable and lead to a significant data loss rates. This thesis aims to optimize the routing in WSNs (especially those using TCP/IP protocol stack), as well as their efficient and cost-effective connection to the Internet. First, we have proposed two new RPL objective functions. The first uses as unique routing criterion, the node remaining energy with the goal of maximizing the network lifetime. An energy model that allows the nodes to dynamically estimate their remaining energy at runtime has been implemented and integrate to the protocol. The second objective function uses fuzzy logic reasoning to combine several criteria to take Quality of Service into account. Indeed, this scheme provides a good trade-off on several inputs and requires a low memory footprint. In the last part of this thesis, we designed and implemented an architecture that enable an efficient integration of several RPL based WSNs to the Internet to achieve the Internet of Things vision