Thèse soutenue

Architectures et protocoles de communication pour surveiller et contrôler la qualité de l'eau et l'irrigation dans les environnements agricoles
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Auteur / Autrice : Laura García García
Direction : Pascal LorenzJaime Lloret Mauri
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 03/09/2021
Etablissement(s) : Mulhouse
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (Mulhouse) - Institut de Recherche en Informatique Mathématiques Automatique Signal - IRIMAS - UR 7499 / IRIMAS

Résumé

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L'introduction de solutions technologiques en agriculture permet de réduire l'utilisation des ressources et d'augmenter la production végétale. De plus, la qualité de l'eau d'irrigation peut être surveillée pour assurer la sécurité des produits destinés à la consommation humaine. Cependant, l'emplacement éloigné de la plupart des champs présente un problème pour fournir une couverture sans fil aux nœuds de capteurs et d'actionneurs déployés dans les champs et les canaux d'eau d'irrigation. Le travail présenté dans cette thèse aborde le problème de permettre la communication sans fil entre les dispositifs électroniques déployés pour la surveillance de la qualité de l'eau et le terrain à travers un protocole et une architecture de communication hétérogènes. La première partie de cette thèse présente les systèmes d'agriculture de précision (AP) et l'importance du suivi des champs et de la qualité de l'eau. De même, les technologies qui permettent la communication sans fil dans les systèmes de sonorisation et l'utilisation de solutions alternatives telles que l'Internet des objets souterrains (IoUT) et les véhicules aériens sans pilote (UAV) sont également introduites. Ensuite, une analyse approfondie de l'état de l'art est effectuée en ce qui concerne les capteurs pour la surveillance des conditions d'eau, de terrain et météorologiques, ainsi que les technologies sans fil les plus utilisées en AP. En outre, les tendances et les défis actuels des systèmes Internet des objets (IoT) pour l'irrigation, y compris les solutions alternatives introduites précédemment, ont été traités en détail. Ensuite, l'architecture proposée pour le système est présentée, qui comprend les zones d'intérêt pour les activités de surveillance, y compris le canal et les zones de terrain. A leur tour, la description et les algorithmes de fonctionnement des nœuds capteurs envisagés pour chaque zone sont fournis. Le chapitre suivant détaille le protocole de communication hétérogène proposé, y compris les messages système et les alertes. De plus, une nouvelle topologie arborescente pour les réseaux hybrides LoRa / WiFi multi-sauts est présentée. Des fonctionnalités spécifiques supplémentaires conçues pour l'architecture proposée sont décrites dans le chapitre suivant. Ceux-ci incluent des algorithmes d'agrégation de données pour la topologie proposée, un aperçu des menaces de sécurité pour les systèmes de sonorisation, des algorithmes d'économie d'énergie et de tolérance aux pannes, une communication souterraine pour l'IoUT et l'utilisation de drones pour l'acquisition de données. Ensuite, les résultats des simulations pour les solutions proposées ci-dessus sont présentés. Enfin, les tests réalisés en environnement réel pour le protocole hétérogène présenté, les différentes stratégies de déploiement des nœuds utilisés, la consommation d'énergie et la fonction de quantification des fruits sont discutés. Ces tests démontrent la validité de l'architecture et du protocole de communication hétérogènes qui ont été proposés.