Gabriele Romaniello - Piles de protocoles pour des réseaux de capteurs avec récupération d’énergie

Cette thèse vise à améliorer la pile de protocoles pour réseaux de capteurs sans fil à récupération d'énergie afin de les rendre autonomes dans un contexte multi-saut. Elle s’inscrit dans le projet GreenNet de STMicroelectronics qui a pour objectif de concevoir et développer une nouvelle génération d'objets intelligent basés sur la récupération d'énergie ambiante en vue de l'intégration dans l'Internet des Objets.

L'originalité de la plateforme GreenNet repose sur sa petite taille qui implique une faible capacité de stockage d'énergie ainsi qu'une faible capacité de récupération d’énergie. Avec un si faible budget d'énergie, les protocoles standards ou les solutions proposées par les communautés académique/industrielle ne permettent pas d'assurer un fonctionnement autonome de ces réseaux.

Dans cette thèse, nous analysons les protocoles standards et les solutions existantes pour identifier leurs limites avec la plateforme GreenNet. Ensuite, nous proposons 3 contributions afin de permettre cette autonomie.

La première contribution est MCBT, un protocole permettant d'accélérer la découverte et le rattachement de nouveaux nœuds à un réseau multi saut et multi-canaux en formation ou existant. Ce protocole réduit efficacement l'énergie dépensée dans cette phase fortement consommatrice.

La deuxième contribution est STADA, un algorithme adaptant l’activité des capteurs en fonction des conditions locales de trafic et d'énergie disponible.  STADA est basé sur une fonction de pondération qui tient compte de l'énergie présente dans la batterie, du taux de récupération d'énergie et du trafic local. 

Enfin, notre troisième contribution propose une nouvelle métrique de routage basée sur Expected Delay synthétisant en une seule variable monotone des facteurs tels que l'éloignement au puits, les chemins bénéficiant d'un ordonnancement de relayage de paquet privilégié et de périodes cumulées d'activité des radios sur le chemin favorable.

Toutes les solutions proposées sont conçues pour fonctionner avec la norme IEEE 802.15.4 slotté et sont facilement transposables à son évolution définie par la norme IEEE 802.15.4e.

Nous avons validé les protocoles proposés grâce à un simulateur émulant des nœuds réels (Cooja) et au simulateur WSNet. Les résultats ont montré de meilleures performances en termes de consommation d'énergie et de qualité de service par rapport à l'existant.