Analyse de la robustesse et des améliorations potentielles du protocole RadioFréquences Sub-GHz KNX utilisé pour l’IoT domotique

Radiofrequency robustness and improvements analysis of the sub-GHz standard KNX used for IoT dedicated to Home & Building Automation

• Auteur / Autrice : Salma Oudji
• Direction : Vahid Meghdadi Neyshabouri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 12/12/2016
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Benoît Geller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vahid Meghdadi Neyshabouri, Olivier Pajona, Jean-Pierre Cances, Stanis Courrèges, Christophe Fourtet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samir Saoudi, Atika Rivenq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Domotique

Simulation, Méthodes de

Protocole d'automatisation industrielle

Fiabilité

Radiofréquences

Mots clés libres

Communications sans fil

RadioFréquences

Interférence

KNX - RF

Réseaux de capteurs

Home and building automation

Mécanismes de robustesse

Faible consommation

Wireless communication

Radiofrequency

Interference

KNX - RF

Wireless sensor networks

Home and building automation

Robustness mechanisms

Low - power

Résumé

Cette thèse aborde la performance du protocole KNX-RF utilisé dans les applications domotiques en termes de robustesse Radio Fréquences dans un environnement multi-protocoles potentiellement sujet aux interférences. Dans ces travaux, le but est d’évaluer les problématiques d’interférences rencontrées par KNX-RF en utilisant des modèles de simulation qui permettraient d’augmenter à sa fiabilité radio. Ainsi, un premier modèle a été développé sur MATLAB/Simulink et a permis de connaître les performances et les limitations de ce protocole au niveau de la couche physique dans un scénario d’interférence se produisant à l’intérieur d’une box/gateway domotique multi-protocoles. Ces simulations ont été complétées par des essais expérimentaux sur le terrain qui ont permis de vérifier les résultats obtenus. Un deuxième modèle a été développé pour évaluer les mécanismes de la couche MAC, cette fois-ci, grâce au simulateur OMNet++/MiXiM. Ce modèle reprend tous les mécanismes d’accès au canal et d’agilité en fréquence spécifiés par la norme KNX. Un scénario de collisions de trames a été simulé et plusieurs propositions d’améliorations sont discutées dans ce manuscrit. Les modèles développés permettent d’analyser et de prédire en avance de phase le comportement de KNX-RF dans un environnement radio contraignant.

This thesis addresses the performance of the KNX-RF protocol used for home automation applications in terms of radiofrequency robustness in a multi-protocol environment that is potentially subject to interferences. In this work, the aim is to assess the interference problems encountered by KNX-RF using simulation models that would increase its RF reliability. Thus, a first model was developed on MATLAB / Simulink and allowed to investigate the performance and limitations of this protocol at its physical layer in an interference scenario occurring inside a multiprotocol home and building automation box/gateway. These simulations were followed by field experimental tests in an indoor environment (house) to verify the results. A second model was developed to evaluate the MAC layer mechanisms of KNX-RF through the discrete event simulator OMNeT ++/Mixim. This model includes all the mechanisms of channel access and frequency agility specified by KNX-RF standard. A frame collision scenario was simulated and several improvement proposals are discussed in this manuscript. The developed models can be used to analyze and predict in advance phase the behavior of KNX-RF in a radio-constrained environment.