Sylvestre Sidibé
Architecture matérielle et protocolaire pour réseaux de capteurs sans fil adaptés à la surveillance environnementale

Tombé dans la marmite informatique bien trop jeune, nourri à la donnée depuis plus de 12 années, passionné par la donnée sous de nombreuses formes (sémantique, préparation, qualité, exploration, valorisation).

 Convaincu que la technique est au service du métier, elle doit le refléter au mieux tout en lui permettant d'exprimer son potentiel à l'aide de choix technologiques adéquats.

 

Engagé sur la qualité du code et la gestion de la dette technique, car une bonne expérience utilisateur passe aussi par des applicatifs sains et des équipes fières de leur travail.

Les réseaux de capteurs sans fils disposent aujourd’hui d’une technologie arrivée à maturité qui leur permet d’être déployés dans de très nombreux domaines applicatifs y compris celui de la surveillance environnementale. Les contraintes énergétiques de ce type de réseaux ont fait émerger deux grandes classes de solutions : celles privilégiant le débit au détriment de la portée des liens radio et celles visant une collecte de données sur de grandes étendues mais avec des débits faibles et contraints.

Il existe néanmoins un domaine applicatif pour lequel la collecte de données est à la fois exigeante en portée des liens radio et en débit supporté. Cette thèse s’adresse à ce domaine, à l’interface des classes de solutions existantes, pour satisfaire des applications nécessitant une collecte fréquente de données devant respecter une contrainte de fraîcheur. Dans cette optique, notre recherche est centrée sur l’usage d’une antenne à faisceau commutable équipant le point de collecte ou puits d’un réseau de capteurs sans fils, permettant d’émuler une topologie en étoile. Chaque noeud autour du point de collecte peut être atteint par au moins une des orientations permises du lobe d’une telle antenne. L’usage de ce type d’antenne a des incidences fortes sur les couches basses (physique et liaison notamment) de la pile protocolaire de cette nouvelle classe de solution. Cette antenne permet en effet d’augmenter la portée radio, d’être plus robuste face aux interférences et aux obstacles sur le trajet du signal, mais cela au détriment de l’intermittence de la connectivité des noeuds de l’étoile. Un noeud est à portée du puits de collecte dans au moins une des topologies partielles induites par l’orientation du lobe de l’antenne, ce point a une incidence forte sur les spécifications de la couche MAC d’un tel réseau.

Les deux principales contributions de cette thèse sont de spécifier d’une part la phase de découverte du voisinage du puits qui doit s’exécuter dans un délai acceptable, et d’autre part de procéder à une collecte fréquente de données contraintes par une date de péremption. Différentes variantes de ces spécifications sont proposées, elles s’inspirent d’un polling selecting groupé (grouped polling). Elles ont été validées partiellement par une approche théorique et plus globalement par une simulation via Cooja/Contiki OS. Les résultats obtenus font la preuve de l’incidence des mécanismes proposés sur la fréquence de la collecte et la fraîcheur des données récoltées.

Mots clés : IEEE 802.15.4, réseaux de capteurs sans fil, protocoles MAC, protocoles de découverte de voisinage, Antenne à faisceau commutable, topologie en étoile, polling selecting, commutation de topologie, collecte de données déterministe.

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