A content-centric approach for wireless sensor networks

Une approche centrée sur les contenus pour les réseaux de capteurs

• Auteur / Autrice : Ghada Jaber
• Direction : Thierry Gayraud, Rahim Kacimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, télécoms, systèmes et architecture
• Date : Soutenance le 23/11/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Gayraud, Rahim Kacimi, Olivier Festor, Mohamed Yacine Ghamri Doudane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Festor, Mohamed Yacine Ghamri Doudane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de capteurs (technologie)

Internet des objets

Mots clés libres

Internet des objets

Réseaux de capteurs

Réseaux orientés contenus

Fraîcheur des données

Diffusion

Duty-cycling

Mise en cache

Internet of Things

Wireless sensor networks

Information-centric networking

Content-centric networking

Data freshness

Flooding

In-network caching

Résumé

Les réseaux de capteurs sans fil constituent une partie essentielle de la couche " perception " de l'Internet des objets (IoT ou Internet of Things), et reconnectent le monde numérique créée par les réseaux informatiques classiques au monde physique. Ils font émerger sans cesse de nouvelles applications grâce à un nombre important d'éléments, qui collectent des données de l'environnement, les traitent et les disséminent. Aujourd'hui, circulent dans l'IoT des volumes de données importants, très variés et souvent générés de façon continue mettant plus l'accent sur l'information et non sur sa source. Cette indifférence sur la source est renforcée par les déploiements interchangeables et redondants des réseaux de capteurs. Dans cette thèse, nous nous attachons à l'intégration des principes et mécanismes des réseaux orientés contenus dans les réseaux de capteurs sans fil afin d'améliorer le fonctionnement et les performances de ces derniers. Nous nous sommes intéressés, dans un premier temps, à la pertinence temporelle des données dans les réseaux de capteurs centrés sur les contenus. En effet, nous avons opté pour la prise en considération de la durée de vie (ou fraîcheur) des contenus et proposé deux approches (une réactive et l'autre proactive) pour leur mise à jour. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons proposé un mécanisme fondé sur le contrôle du duty-cycle afin d'atténuer l'impact de l'inondation principalement utilisée pour disséminer les intérêts envoyés par les utilisateurs et les contenus correspondant. Pour cela, nous avons cherché à maintenir un sous-ensemble suffisant de nœuds nécessaires à la satisfaction des intérêts reçus par le réseau. Le défi principal était de réduire la consommation d'énergie grâce à un mécanisme d'endormissement/réveil des nœuds capteurs tout en gardant un bon taux de satisfaction des requêtes. Enfin, pour améliorer la mise en cache des contenus dans un réseau de capteurs, nous avons étudié les stratégies existantes et recensé les paramètres impactant leur performance. Nous avons ensuite proposé une stratégie plaçant les contenus sur des nœuds en fonction de leur degré et leur distance de la source. Une compagne de simulations et des comparaisons avec d'autres solutions, montrent que les mécanismes proposés garantissent de bonnes performances en termes de latence, de consommation d'énergie et de taux de satisfaction des intérêts.

Wireless sensor networks are an essential part of the Internet of Things (IoT) "perception" layer. IoT connects the digital world created by conventional computer networks to the physical world. They continually bring new applications to life through a large number of elements that collect, process and disseminate environmental data. Today, moves accross the IoT a large and varied volume of data. Data is generated in a continuous way with a greater emphasis on information and not on its source. This indifference to the source is reinforced by the interchangeable and redundant deployments of the sensor networks. In this thesis, we focus on integrating the principles and mechanisms of content-oriented networks in wireless sensor networks to improve the operation and performance of these networks. Hence, we first focused on the temporal relevance of data in content-centric sensor networks. Indeed, we considered the content lifetime (or freshness) and we proposed two approaches (one reactive and the other proactive) for their update. In the second part of the thesis, we proposed a mechanism based on the control of the duty-cycle to overcome the impact of the flooding mainly used to disseminate the interests sent by the users and the corresponding contents. For this purpose, we tried to maintain a sufficient subset of nodes necessary to satisfy the interests received by the network. The main challenge was to reduce energy consumption thanks to a mechanism controlling the node activity while keeping a good interest satisfaction rate. Finally, to improve the content caching in a sensor network, we have studied the existing strategies and identified the parameters impacting their performance. We then proposed a strategy placing the contents according to the degree of the nodes and their distance from the source. An exhaustive comparative study with other solutions show that the proposed mechanisms guarantee good performance in terms of latency, energy consumption and interest satisfaction rate.