Optimisation de la performance d'un réseau de capteurs sans fil pour les applications de collection de données à faible énergie et courte latence

Résumé

Les techniques émergentes d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle s'attendent à recevoir de plus en plus de données des capteurs IoT et plus souvent. Ces noeuds doivent donc pouvoir gérer la multitude de données provenant d'innombrables sources. TSCH (Time Slotted Channel Hopping), le protocole MAC défini dans les normes de communication sans fil IEEE 802.15.4e, joue un rôle crucial dans la réduction de la latence et la minimisation de la consommation énergétique. Dans TSCH, le temps est divisé en intervalles de temps et un calendrier détermine l'action qu'un noeud doit entreprendre dans chaque intervalle de temps (émission, réception ou mise en veille). Dans le cas du trafic convergeant, les noeuds proches de la racine sont constamment en demande et ont un trafic important car tous les noeuds acheminent des paquets vers cette destination. Dans ce contexte, les algorithmes de planification des cellules, qui sont responsables du comportement de chaque noeud à chaque intervalle de temps, doivent encore évoluer pour prendre en charge le trafic convergeant et fournir des solutions à la demande croissante de données dans le monde d'aujourd'hui. Dans ce mémoire, nous proposons OSCAR, un nouvel algorithme d'allocation de cellules TSCH d'ordonnancement autonome basé sur l’algorithme d’Orchestra. Cette nouvelle conception diffère d’Orchestra par le fait qu'OSCAR attribue les slots en fonction de l'emplacement du noeud par rapport à la racine. Le but de cet algorithme est d'allouer des slots aux noeuds en fonction de leurs besoins. Cet algorithme gère le nombre de créneaux horaires alloués à chaque noeud en utilisant la valeur du rang décrit par le protocole de routage RPL. Le but étant que plus le noeud est proche de la racine, plus il obtient de slots afin de maximiser les opportunités de transmission. Pour éviter la surconsommation, OSCAR met en place un mécanisme permettant d'ajuster le cycle de service radio de chaque noeud en réduisant les slots alloués aux noeuds inactifs quelle que soit leur position sur le réseau. Nous implémentons OSCAR sur Contiki-ng et évaluons ses performances sur un réseau composé de dix noeuds. L'analyse des performances d'OSCAR montre qu'il surpasse Orchestra en termes de latence et de fiabilité moyennes, en particulier lorsque le trafic est dense et encombré. Enfin par rapport au gain précédent la consommation d'énergie n'augmente pas beaucoup.

Date	17 déc. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice))