Capteur communicant autonome en énergie pour l'loT

Autonomous communicating sensors for IoT

• Auteur / Autrice : Taoufik Bouguera
• Direction : Jean-François Diouris, Jean-Jacques Chaillout, Guillaume Andrieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique et nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 28/03/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Berder
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannis Pousset, Anne-Marie Poussard, Elie Lefeuvre, Jérôme Colin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'énergie

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Management de puissance

Technologie LoRa/LoRaWAN

Wireless Sensor Network

Energy Harvesting

Power Management

Résumé

Une grande partie des nouvelles générations d'objets connectés ne pourra se développer que s'il est possible de les rendre entièrement autonomes sur le plan énergétique. Même si l'utilisation de batteries ou de piles résout une partie de ce problème en assurant une autonomie qui peut-être importante avec des coûts relativement faibles, elle introduit non seulement des contraintes de maintenance incompatibles avec certaines applications, mais aussi des problèmes de pollution. La récupération de l'énergie thermique, mécanique, électromagnétique, solaire ou éolienne est une solution très prometteuse. Dans ce cas, la vie de l'objet connecté peut-être prolongée. Cependant, l'énergie récupérée dépend fortement des conditions au voisinage du dispositif et peut donc varier de façon périodique ou aléatoire. Il parait alors important d'adapter le système (mesure et transmission de données) aux contraintes de la récupération d'énergie. L'objectif de la thèse est de proposer une solution de capteur autonome basée sur un système de récupération et de gestion multisources d'énergies (solaire et éolienne) et pouvant-être mis en oeuvre dans différentes classes d'applications IoT. On s'intéresse, dans un premier temps, à la modélisation de la consommation du noeud capteur. Ensuite, on modélise le système de récupération multisources. Puis, on se focalise sur le management de puissance du système autonome. Ce management est basé sur des prédictions de l'énergie disponible et de celle consommée. Enfin, le travail de modélisation et d'optimisation est validé par des expérimentations afin d’avoir un démonstrateur de Capteur Communicant Autonome en Énergie pour les applications IoT.

Researchers aim to develop entirely autonomous sensors. By ensuring an important autonomy, the use of batteries solves part of the energy problem with relatively low costs. However, batteries introduce different problems such as maintenance and environmental pollution. Harvesting thermal, mechanical, electromagnetic, solar or wind energy present in the environment is an attractive solution. Using harvested energy from their surroundings, wireless sensor nodes can significantly increase their typical lifetime. Nevertheless, the harvested energy depends on the surrounding conditions of the device and can vary periodically or randomly. It seems important to adapt the system (measurement and data transmission) to the harvesting energy constraints. The thesis objective is to provide an autonomous sensor solution based on a multisources energy harvesting and management system (solar and wind energies), which can be used in different IoT applications. First, we are interested in modeling and optimizing the sensor node energy consumption. Then, the multiple harvesting system is modeled according to the energy needs of the sensor node. Besides, we focus on the power management of the autonomous system. This management part is based on predictions of both available and consumed energies. Finally, the proposed modeling and optimization studies are validated with experimental works in order to develop an Autonomous Communicating Sensor platform for IoT applications.