Routage opportuniste tenant compte du contexte dans les réseaux sans fil

Novel context aware opportunistic data forwarding strategy in wireless networks

• Auteur / Autrice : Jana Koteich
• Direction : Nathalie Mitton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et applications
• Date : Soutenance le 20/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inria de l'Université de Lille
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Valois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André-Luc Beylot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Noël, Aline Carneiro Viana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage automatique

Modèles mathématiques

Mobilité spatiale

Crowdsourcing

Réseaux ad hoc (informatique)

Routage (informatique)

Mots clés libres

Communications opportunistes

Modèles de mobilité

Adapté au contexte

Réseaux ad hoc

Opportunistic communications

Mobility models

Context-Aware

Ad hoc networks

Résumé

Aujourd'hui, le partage des données et du contenu numérique est essentiel dans diverses applications, notamment dans les domaines de la santé, de l'éducation et de l'agriculture. Les réseaux câblés traditionnels et les réseaux sans fil sont les deux principaux modes de communication, ces derniers présentant davantage de difficultés en raison de l'absence de chemin physique guidé. Le routage opportuniste apparaît comme une solution prometteuse dans les régions dépourvues d'infrastructures de communication, en particulier dans les pays les moins avancés.Dans cette thèse, nous proposons une solution alternative aux approches basées sur l'infrastructure pour fournir des données indépendamment de toute infrastructure existante. Cette solution repose sur des dispositifs de communication et de stockage peu coûteux qui peuvent intégrer différentes technologies de communication, ce qui permet de créer un système global de partage de données préservant la vie privée et basé sur la mobilité naturelle des foules. Pour ce faire, nous analysons les schémas de mobilité de la foule afin d'attribuer une probabilité de livraison à un message en fonction de son schéma de mobilité. Tout d'abord, nous avons généré l'ensemble de données PILOT, une collection de données préservant la confidentialité des technologies de communication sans fil. L'ensemble de données se compose de quatre types d'informations collectées conjointement dans différents contextes de mobilité. Il comprend trois technologies de communication sans fil : les réponses des sondes WiFi, les balises BLE (Bluetooth Low Energy) et les paquets LoRa (Long Range Radio), ainsi que des informations supplémentaires sur l'accélération, le roulis et le tangage, toutes collectées simultanément. L'ensemble des données a été collecté pendant environ 90 heures, avec une taille de 200 Mo, en utilisant les dispositifs FiPy de Pycom. Nous avons fourni les clés permettant de reproduire cette collecte de données et partagé les ensembles de données déjà collectés sur GitHub. Après avoir généré l'ensemble de données, nous avons traité les traces collectées de WiFi et de BLE pour générer un modèle de classification capable d'estimer la situation réelle d'un appareil. Le premier modèle créé, appelé modèle B, vise à identifier si un appareil est stationnaire ou mobile. Par la suite, un modèle complémentaire, le modèle M, a été créé pour déterminer une situation plus précise de l'appareil dans la vie réelle, comme à la maison, au bureau, dans un bus, un train, etc. Enfin, nous avons exploité l'ensemble des données collectées et les modèles d'apprentissage automatique entraînés pour concevoir un protocole de routage en établissant des probabilités de livraison conditionnées par le contexte déterminé de l'appareil. Nous testons et validons notre approche en utilisant le simulateur ONE, qui est conçu pour un environnement de réseau opportuniste.

Today, sharing data and digital content is essential across various applications, particularly in health, education, and agriculture. Traditional wired networks and wireless networks are the two main modes of communication, with the latter presenting more challenges due to the absence of a guided physical path.Opportunistic routing emerges as a promising solution in regions lacking communication infrastructure, especially in Least Developed Countries.In this thesis, we propose an alternative solution to infrastructure-based approaches for delivering data independently of any existing operated infrastructure. This solution relies on low-cost communication and storage devices that can embed different communication technologies, resulting in a global privacy-preserving data-sharing system based on natural crowd mobility. To achieve this, we analyze crowd mobility patterns to assign a delivery probability for a message based on its mobility pattern. First, we generated the PILOT dataset, a privacy-preserving data collection of wireless communication Technologies. The dataset consists of four types of jointly collected information in different mobility contexts. It includes three wireless communication technologies: WiFi probe responses, BLE (Bluetooth Low Energy) beacons, and LoRa (Long Range Radio) packets, as well as additional information on acceleration, roll, and pitch, all collected simultaneously. The dataset was collected over approximately 90 hours, with a size of 200 MB, using FiPy devices from Pycom. We provided the keys to reproduce such data collection and shared the datasets already collected on GitHub. After generating the dataset, we processed the collected traces of WiFi and BLE to generate a classification model that can estimate the real-life situation of a device. The first created model, called the B-model, aims to identify whether a device is stationary or mobile. Subsequently, a complementary model, the M-model, was created to determine a more precise real-life situation of the device, such as being at home, in the office, on a bus, train, etc. Finally, we exploited the collected dataset and the trained machine learning models todesign a routing protocol by setting delivery probabilities conditioned by the determined context of the device. We are testing and validating our approach using the ONE simulator, which is designed for an opportunistic network environment.