Conception d'une passerelle sécurisée pour l’Internet des Objets : Une approche adaptative pour l'intégration multi-applications et multi-protocoles

A Secure Edge Gateway Design for IoT : An Adaptive Approach for Multi-Application and Multi-Protocol Integration

• Auteur / Autrice : Abdulkadir Dauda
• Direction : Olivier Flauzac, Florent Nolot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Info - Informatique
• Date : Soutenance le 22/10/2025
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique (LAB-I) UR 4474 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Gallais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Flauzac, Florent Nolot, Cong-Duc Pham, Marwane Ayaida, Carlos Gonzalez Santamaria, Mandicou Ba, Anne-Elisabeth Baert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cong-Duc Pham, Marwane Ayaida
• DOI : 10.70675/10ad753fz359az466ez82bcz3596023cd727

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Architecture -- Informatique

Informatique dans les nuages

Performances

Informatique

Protection de l'information (informatique)

Efficacité

Logiciels -- Développement

Raspberry Pi (ordinateur)

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

IEEE 802.11 (norme)

JSON (langage de balisage)

Mots clés libres

IoT

Passerelle

Sécurité

Edge Computing

Passerelle basée sur les conteneurs

Architecture applicative

IoT

Gateway

Security

Edge Computing

Container-Based gateway

Application architecture

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’internet des objets (IoT) et plus particulièrement de l’architecture des applications de l’IoT. Après une étude des différentes architectures proposées, nous nous focalisons sur la transition entre les architectures de type cloud vers les architectures de type edge. Cette transition est motivée par le besoin croissant d'améliorer les performances, la confidentialité et l’efficacité des déploiements des applications IoT. Afin de concevoir des applications conformes à l’architecture de type edge, il est nécessaire de disposer d’une passerelle conçue pour relever les principaux défis liés à la gestion d'appareils IoT hétérogènes, ainsi qu’à la garantie d'une sécurité de « bout en bout », en particulier dans les environnements aux ressources limitées. La passerelle que nous proposons dans ces travaux est basée sur des conteneurs et destinée à être déployée sur des ordinateurs compacts, tels que le Raspberry Pi. Elle met l'accent sur la modularité, l'évolutivité et la sécurité des opérations, permettant l'orchestration dynamique de multiples applications et protocoles de communication, y compris les protocoles IP et non IP tels que BLE, Wi-Fi, Zigbee et LoRa, permettant de manière transparente l'interopérabilité entre des objets connectés hétérogènes. L'architecture tire parti de la conteneurisation pour isoler les applications, ainsi que leurs traitements spécifiques, garantissant la sécurité d'exécution. Elle exploite le protocole MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) pour la communication entre les composants logiciels, et exploite le format JSON (JavaScript Object Notation) comme modèle de description d'application. Une campagne d’expérimentations confirme la capacité de la passerelle à exécuter simultanément plusieurs applications tout en maintenant l'isolation et la sécurité d'exécution de chacune d'entre elles, validant ainsi sa capacité à déployer des applications IoT robustes, évolutives et sécurisées sur la passerelle.

This work presents a comprehensive investigation into the architecture of Internet of Things (IoT) applications, with a particular focus on the transition from cloud-centric to edge-based computing paradigms. This shift is motivated by the growing need for enhanced performance, improved privacy, and increased cost efficiency in IoT deployments. The research proposes a novel edge gateway architecture designed to address key challenges in managing heterogeneous IoT devices and ensuring end-to-end security, particularly within resource-constrained environments. The proposed architecture is container-based and intended for deployment on single-board computers, such as the Raspberry Pi. It emphasizes modularity, scalability, and secure operation, enabling the dynamic orchestration of multiple applications and communication protocols, including both IP-based and non-IP-based protocols such as BLE, Wi-Fi, Zigbee, and LoRa. This facilitates seamless interoperability among diverse IoT devices. The architecture leverages containerization to isolate individual applications and functions, thereby enhancing execution safety and system security. It employs the Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) protocol for inter-component communication and adopts JavaScript Object Notation (JSON) as its application model, enabling dynamic and extensible deployment. Experimental evaluations confirm the gateway’s capability to concurrently execute multiple applications while maintaining isolation and execution safety for each, validating its suitability for robust, scalable, and secure edge-based IoT deployments.