Élodie Morin - Interopérabilité de protocoles de communication adaptatifs basse-consommation pour des réseaux de capteurs

L'essor rencontré par les différentes technologies dédiées aux réseaux de capteurs (WSN), a conduit au développement de plateformes capables d'opérer dans deux technologies différentes, adaptatives aux contextes de transmission. De telles plateformes ouvrent la porte à la conception de réseaux multitechnologies, que nous proposons d'exploiter dans le but de réduire la consommation d'énergie globale. Dans le but d'exploiter ces réseaux multitechnologies, nous décrivons les principales technologies de l'Internet des Objets (IoT), en les comparant sur un pied d'égalité grâce à l'analyseur que nous avons développé, puis les classifions en fonction des mécanismes MAC qu'elles exploitent. Nous analysons ensuite le lien entre le contexte applicatif (latence et fréquence de la génération de données) et le mécanisme MAC consommant le moins d'énergie pour ce contexte applicatif.

Nous remarquons alors que les technologies exploitants un mécanisme MAC synchrone sont les plus adaptées aux trafics applicatifs périodiques dont les intervalles entre les générations de données sont courts. En effet, pour ces trafics, la dérive d'horloge entraine un coût de maintien de la synchronisation active trop élevé dans le cas de trafics périodiques rares. De plus, nous remarquons que la gestion des trafics applicatifs rares contraints en latence repose, dans les solutions existantes, sur l'utilisation d'une plateforme constamment active en mode de réception. Nous proposons alors d'exploiter les plateformes multitechnologies pour constituer un réseau synchrone dans lequel chaque nœud répartit son activité dans le temps pour globalement économiser de l'énergie pour remplacer le rôle du dispositif constamment disponible utilisé pour acheminer des trafics asynchrones contraints en latence. Nous remarquons que lors de la procédure d'attache au réseau synchrone, la situation du nœud qui tente de rejoindre un réseau synchrone dans le but d'y acheminer des données est similaire à la situation d'un nœud asynchrone qui souhaite acheminer des données au sein d'un réseau synchrone. Ainsi, nous proposons d'exploiter la phase d'attache au réseau pour acheminer des trafics émanants de noeuds asynchrones, contraints en latence, au sein d'un réseau synchrone.

Cependant, les procédures actuellement standardisées d'attache au réseau sont naïves et très coûteuse en énergie, ce qui décourage l'utilisation d'un mode de communication asynchrone, reposant sur une succession d'associations/désassociations du réseau : nous proposons deux approches pour réduire le coût de cette procédure d'attache à un réseau TSCH. La première repose sur l'exploitation de séquences mathématiques dont la propriété est d'étaler les périodes d'activités dans le temps, tout en minimisant l'impact sur la latence de la procédure, pour diminuer le coût énergétique global de la procédure d'attache. La deuxième méthode proposée exploite les trames d'acquittement (ACK) des communications TSCH pour y ajouter des éléments d'informations : la date d'envoi de la prochaine trame de synchronisation sur le même canal physique que celui utilisé pour l'envoi de la trame d'ACK. Grâce au développement d'un simulateur des performances de la phase d'attache à un réseau TSCH, nous montrons que les protocole d'attaches proposés obtiennent de meilleures performances, soit en termes de latence, soit en termes de consommation d'énergie globale, que les protocoles d'attache classiquement utilisés dans les réseaux de capteurs.

Enfin, nous proposons d'exploiter les mécanismes de la deuxième proposition d'attache au réseau pour l'envoi de trames de sollicitation à destination d'un nœud fonctionnant avec une technologie asynchrone, permettant ainsi d'acheminer un trafic asynchrone au sein d'un réseau synchrone en une latence bornée. Nous montrons la faisabilité et prouvons l'intérêt d'une telle proposition.