Évaluation et amélioration des plates-formes logicielles pour réseaux de capteurs sans-fil, pour optimiser la qualité de service et l'énergie / Kévin Roussel ; sous la direction de Ye-Qiong Song et de Olivier Zendra

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Réseaux de capteurs (technologie)

Systèmes d'exploitation (ordinateurs)

Temps réel (informatique)

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Qualité de Service (télécommunications)

Classification Dewey : 621.382

Classification Dewey : 621.384

Song, Ye-Qiong (1962-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Zendra, Olivier (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Charpillet, François (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Noël, Thomas (chercheur en informatique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Val, Thierry (1966-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Baccelli, Emmanuel (1978-....) (Membre du jury / opponent)

Watteyne, Thomas (1982-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Lorraine (2012-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Dans le domaine des réseaux de capteurs sans-fil (dits « WSN »), les piles réseau spécialisées constituent un domaine de recherche très actif depuis maintenant de nombreuses années. Toutefois, beaucoup de ces études, notamment concernant les couches basses de ces piles réseau, n’ont pas dépassé le stade de la théorie. Leurs implantations n’ont sauf exception pas fait l’objet d’efforts poussés ou systématiques, surtout dans le cadre des systèmes d’exploitation spécialisés. Nous nous proposons donc, dans cette thèse, de nous focaliser sur l’analyse des interactions entre les protocoles des couches basses et les plates-formes logicielles dédiées, et de les optimiser, notamment au niveau de l’implantation. Nous passons d’abord en revue et évaluons les différents systèmes d’exploitation spécialisés, et choisissons celui offrant les fonctionnalités, notamment temps-réel, que nous estimons nécessaires pour implanter des protocoles MAC / RDC novateurs et performants. Nous entreprenons ensuite un effort d’étude, d’amélioration et d’optimisation de ces couches basses des piles spécialisées, et montrons, avec une implantation concrète d’un de nos protocoles MAC / RDC avancés, que nous pouvons amener des progrès notables dans la qualité de service (QdS) des WSN, notamment avec un trafic réseau intense. Nous examinons en outre des inexactitudes inattendues dans les simulations / émulations effectuées par Cooja / MSPSim, et analysons les problèmes de fiabilité posés par l’utilisation de cet outil pour effectuer des évaluations de performances, notamment temporelles, de WSN. Nous proposons enfin de nouvelles pistes pour de futures améliorations et optimisations de ces couches basses des piles réseau spécialisées, afin d’améliorer encore la fiabilité, les performances et la consommation énergétique des WSN.

Résumé / Abstract : In the field of wireless sensors networks (WSN), specialized network stacks have been a very active research field for many years. However, most of this research, especially on lower layers of the network stacks, did not go beyond theory. Their implementations have generally not been the subject of deep or systematic effort, especially within the framework of dedicated operating systems. We thus propose, in this thesis, to focus on interaction analysis between lower layers’ protocols and dedicated software platforms, and to optimize them, especially at the implementation level. We first review and evaluate the various dedicated operating systems, and choose the one offering the necessary features to implement efficient and innovative MAC/RDC protocols. We then study, improve and optimize these lower layers of specialized stacks, and show, with an actual implementation of one of our advanced MAC/RDC protocols, that we can bring significant improvements in the quality of service (QoS) of WSNs, especially under heavy network traffic. We also report inaccuracies in Cooja/MSPSim simulations/emulations, and analyze the reliability issues caused by the use of this tool for performing evaluations (especially time-related) of WSNs. We finally propose some new leads for future enhancements and optimizations of the lower layers of these specialized network stacks, in order to further improve the liability, performances and energy consumption of WSNs.