Nikesh Man SHAKYA soutient sa thèse de doctorat

L'Ecole doctorale "Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication" (ED STIC) et le Laboratoire de recherche SAMOVAR ("Services répartis, Architectures, MOdélisation, Validation, Administration des Réseaux") présentent l’avi de soutenance de Monsieur Nikesh Man SHAKYA, autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l'Université Paris-Saclay, préparé à Télécom SudParis en "Informatique" :

« Conception et développement d'une transmission écoénergétique pour les modules IoT sans fil »

le MERCREDI 6 FÉVRIER 2019 à 9h00 à MEU-CR-Paris, 2 Rue de Paris, 92190, Meudon, France

Membres du jury :

• M. Noël CRESPI, Professeur, Télécom SudParis, FRANCE - Directeur de thèse
• M. Naceur MALOUCH, Maître de Conférences, Université Pierre et Marie Curie (UPMC), FRANCE - Rapporteur
• M. Stefano SECCI, Professeur, CNAM, FRANCE - Rapporteur
• Mme Maria POTOP-BUTUCARU, Maître de Conférences, Campus Pierre et Marie Curie - Sorbonne Université - LIP6, FRANCE - Examinatrice
• M. Nazim AGOULMINE, Professeur, Université d'Évry Val d'Essonne, FRANCE - Examinateur
• M. Mehdi MANI, Sr. Project Manager, Itron, FRANCE - Encadrant de thèse

Résumé :

La transmission radio est une des principales sources de consommation d’énergie des objets connectés dans les réseaux IoT. La durée de vie des objets IoT est le facteur principal qui permet le développement massif d’une solution IoT. La puissance de transmission et le débit binaire de transmission sont les deux paramètres radio qui affectent principalement la consommation d'énergie avec la portée radio, le brouillage, la fiabilité des liaisons et la réutilisation des canaux/de l'espace (...)

Des algorithmes de contrôle de puissance/débit de transmission (TX) ne doivent pas poser des charges supplémentaires pour qu’ils soient applicable pour les appareils IoT avec des ressources de l’énergie limitées. Ils doivent être adaptables et polyvalents aux différentes conditions environnementales et de l’autre côté, être simple et facilement implémentable dans les plateformes capteur/IoT.

De nombreux algorithmes dynamiques de transmission de puissance et / ou de contrôle de débit ont été proposés dans la littérature pour économiser la consommation d'énergie. Mais ils ne parviennent pas à satisfaire toutes ces exigences. Chacun d’entre eux a ses forces et ses faiblesses. Par conséquence, il existe le besoin d'un nouvel algorithme qui effectue un contrôle de puissance et / ou de débit qui peut être facilement implémenté dans une véritable plateforme de réseau IoT.

Cette thèse présente REACT (Responsive Energy-efficient Adaptive Control of Transmission), une technique qui prend en compte plus d'une information de qualité de liaison pour une meilleure adaptation de la puissance et du débit TX. Il dispose d'une technique de contrôle à auto-apprentissage, polyvalente et adaptative pour l'environnement, avec un objectif global de réduction de la consommation d'énergie de transmission tout en maintenant une fiabilité similaire. Il possède la phase initiale la plus légère possible avec une surcharge nulle et un comportement réactif qui réagit de manière appropriée aux variations des conditions radio.

Pour atteindre cet objectif, nous avons commencé par l'étude et la sélection d'une métrique d'estimation de la qualité de la liaison qui constitue un élément crucial de tout mécanisme de contrôle de la puissance ou de la vitesse. ETX (nombre de transmissions prévu) du côté de l'expéditeur et RSSI du côté du récepteur ont été utilisés respectivement comme métrique primaire et secondaire pour fournir des informations de liaison.

Deuxièmement, nous avons conçu et développé un mécanisme de contrôle de puissance de transmission réactive à débit binaire fixe (REACT-P). Nous avons prouvé son efficacité en comparant l'utilisation de la puissance constante maximale à débit constant (CPCR) et l'un des algorithmes existants dominants. Troisièmement, cette conception est élargie en ajoutant l’option d’adaptation de débit donnant lieu à REACT ou REACT-PR qui permet de réaliser des économies d'énergie plus importantes en contrôlant à la fois la puissance et le débit. Nous avons évalué nos solutions en utilisant à la fois la simulation et l'expérimentation dans les environnements encombré et non encombré. Les résultats des tests ont montré que, comparé à la CPCR et REACT-P, avec un taux de livraison de paquets similaire, REACT consomme beaucoup moins d'énergie, réduit les interférences, l'occupation des canaux et contribue à prolonger la durée de vie de l'appareil.

Même dans le pire des cas, où tous les nœuds transmettent en même temps, l’amélioration de la consommation totale d’énergie était de 46% avec REACT et de 30% avec REACT-P par rapport à CPCR. Les nœuds les plus proches de point d’accès gagnent le maximum de durée de vie par rapport de ceux plus éloignés. Les résultats montrent également que l'amélioration de la consommation d'énergie diminue avec l'augmentation de nombre de transmissions simultanées.