Dynamique de l'environnement : Scénarios, simulations et maquette

IP-SIG/LIV/4.2. Contrat RNRT IPSIGCe livrable traite de la négociation dynamique de SLA/SLS et du maintien des paramètres négociés lors de la mobilité du terminal dans le cadre d'une signalisation NSIS. Il fait suite au livrable 4.1 qui présentait un assistant de négociation, coté terminal utilisateur, permettant de négocier dynamiquement les SLA/SLS avec le/les fournisseurs de service, et plusieurs protocoles conformes à l'environnement NSIS afin de négocier le SLS, et maintenir la qualité de service négociée. Il s'agit dans ce livrable de compléter l'approche retenue en présentant des scénarios d'utilisation, notamment dans le cas du protocole de négociation dynamique de paramètres de SLS, des résultats de simulations, principalement pour le protocole de réservation de ressources à l'avance et une maquette permettant de démontrer la faisabilité de la (re)négociation dynamique de SLA/SLS. Cette dernière comporte un module d'apprentissage et un système multi-agents

Détection et diagnostic des fautes dans des systèmes à base de réseaux de capteurs sans fils

Les pannes sont la règle et non l'exception dans les réseaux de capteurs sans fil. Un nœud capteur est fragile et il peut échouer en raison de l'épuisement de la batterie ou de la destruction par un événement externe. En outre, le nœud peut capter et transmettre des valeurs incorrectes en raison de l'influence de l'environnement sur son fonctionnement. Les liens sont également vulnérables et leur panne peut provoquer un partitionnement du réseau et un changement dans la topologie du réseau, ce qui conduit à une perte ou à un retard des données. Dans le cas où les nœuds sont portés par des objets mobiles, ils peuvent être mis hors de portée de la communication. Les réseaux de capteurs sont également sujets à des attaques malveillantes, telles que le déni de service, l'injection de paquets défectueux, entraînant un comportement inattendu du système et ainsi de suite. En plus de ces défaillances prédéfinies (c'est-à-dire avec des types et symptômes connus), les réseaux de capteurs présentent aussi des défaillances silencieuses qui ne sont pas connues à l'avance, et qui sont très liées au système. En revanche, les applications de RCSF, en particulier les applications de sécurité critiques, telles que la détection d'incendie ou les systèmes d'alarme, nécessitent un fonctionnement continu et fiable du système. Cependant, la garantie d'un fonctionnement correct d'un système pendant l'exécution est une tâche difficile. Cela est dû aux nombreux types de pannes que l'on peut rencontrer dans un tel système vulnérable et non fiable. Une approche holistique de la gestion des fautes qui aborde tous les types de fautes n'existe pas. En effet, les travaux existants se focalisent sur certains états d'incohérence du système. La raison en est simple : la consommation d'énergie augmente en fonction du nombre d'éléments à surveiller, de la quantité d'informations à collecter et parfois à échanger. Dans cette thèse, nous proposons un Framework global pour la gestion des fautes dans un réseau de capteurs. Ce framework, appelé IFTF , fournit une vision complète de l'état du système avec la possibilité de diagnostiquer des phénomènes anormaux. IFTF détecte les anomalies au niveau des données, diagnostique les défaillances de réseau, détecte les défaillances d'applications, et identifie les zones affectées du réseau. Ces objectifs sont atteints grâce à la combinaison efficace d'un service de diagnostic réseau (surveillance au niveau des composants), un service de test d'applications (surveillance au niveau du système) et un système de validation des données. Les deux premiers services résident sur chaque nœud du réseau et le système de validation des données réside sur chaque chef de groupe. Grâce à IFTF, les opérations de maintenance et de reconfiguration seront plus efficaces, menant à un système WSN (Wireless Sensor Network) plus fiable. Du point de vue conception, IFTF fournit de nombreux paramètres ajustables qui le rendent approprié aux divers types d'applications. Les résultats de simulation montrent que la solution présentée est efficace en termes de coût mémoire et d'énergie. En effet, le système de validation des données n'induit pas un surcoût de communication. De plus, le fonctionnement des deux services test et diagnostic augmente la consommation d'énergie de 4% en moyenne, par rapport au fonctionnement du service de diagnostic uniquement.Sensor faults are the rule and not the exception in every Wireless Sensor Network (WSN) deployment. Sensor nodes are fragile, and they may fail due to depletion of batteries or destruction by an external event. In addition, nodes may capture and communicate incorrect readings because of environmental influence on their sensing components. Links are also failure-prone, causing network partitions and dynamic changes in network topology, leading to delays in data communications. Links may fail when permanently or temporarily blocked by an external or environmental condition. Packets may be corrupted due to the erroneous nature of communications. When nodes are embedded or carried by mobile objects, nodes can be taken out of the range of communications. WSNs are also prone to malicious attacks, such as denial of service, injection of faulty packets, leading to unexpected behavior of the system and so on. In addition to these predefined faults or failures (i.e., with known types and symptoms), many times the sensor networks exhibits silent failures that are unknown beforehand and highly system-related. Applications over WSNs, in particular safety critical applications, such as fire detection or burglar alarm systems, require continuous and reliable operation of the system. However, validating that a WSN system will function correctly at run time is a hard problem. This is due to the numerous faults that can be encountered in the resource constrained nature of sensor platforms together with the unreliability of the wireless links networks. A holistic fault management approach that addresses all fault issues does not exist. Existing work most likely misses some potential causes of system failures. The reason is simple : the more elements to monitor, the more information to be collected and sometimes to be exchanged, then the more the energy consumption becomes higher. In this thesis, we propose an Integrated Fault Tolerance Framework (IFTF) that provides a complete picture of the system health with possibility to zoom in on the fault reasons of abnormal phenomena. IFTF detects data anomalies, diagnoses network failures, detects application level failures, identifies affected areas of the network and may determine the root causes of application malfunctioning. These goals are achieved efficiently through combining a network diagnosis service (component/element level monitoring) with an application testing service (system level monitoring) and a data validation system. The first two services reside on each node in the network and the data validation system resides on each cluster head. Thanks to IFTF, the maintenance and reconfiguration operations will be more efficient leading to a more dependable WSN. From the design view, IFTF offers to the application many tunable parameters that make it suitable for various application needs. Simulation results show that the presented solution is efficient both in terms of memory use and power consumption. Data validation system does not incur power consumption (communication overhead). Using testing service combined to diagnosis service incurs a 4 %, on average, increase in power consumption compared to using solely network diagnosis solutions.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Utilisation de l'échantillonnage compressif pour la détection des véhicules par un réseau de capteurs sans fil

Une nouvelle technique pour étudier le trafic routier, est la détection des véhicules par un réseau de capteurs sans fil installés dans la chaussée. Cette technologie se distingue de la plupart des systèmes classiques de détection de véhicules par son faible coût, son niveau élevé de flexibilité dans la configuration, sa multifonctionnalité par l'ajout d'autres modalités de détection et sa capacité à transmettre les informations via un réseau sans fil. Cependant, quand un capteur sans fil effectue l'acquisition du signal de champ magnétique terrestre dans l'optique de détecter le passage des véhicules, il l'échantillonne à une certaine fréquence, afin de ne pas rater le passage d'un véhicule. Lorsque la séquence de mesure dure plusieurs heures et qu'on a des dizaines ou des centaines de capteurs sans fil installés dans la chaussée, on se retrouve rapidement avec des données à stocker et à traiter qui peuvent être de taille importante. En outre, les communications sans fil de ces données sont très coûteuses en énergie et réduisent ainsi la durée de vie du capteur sans fil qui dispose des ressources limitées en énergie. Le compressive sensing (échantillonnage compressif), nouvelle méthode d'échantillonnage des signaux, tente justement de donner des solutions à ces problèmes, en réduisant significativement le nombre de mesures nécessaires et en utilisant par la suite des algorithmes d'optimisation convexe pour reconstruire tout le signal sans trop de perte perceptuel [i.e. perceptuelle]. À travers des simulations effectuées sur des signaux enregistrés par les capteurs sans fil de la compagnie allemande Coalesenses , nous montrons dans ce projet de recherche que l'échantillonnage compressif peut contribuer à maximiser considérablement la durée de vie d'un réseau de capteurs sans fil

Techniques de conservation d'énergie pour les réseaux de capteurs sans fil

Les progrès technologiques réalisés ces dernières années ont permis le développement de nouveaux types de capteurs dotés de moyens de communication sans fil, peu onéreux et pouvant être configurés pour former des réseaux autonomes. Les domaines d'application sont nombreux : domotique, santé, domaine militaire ou bien encore surveillance de phénomènes environnementaux. Les limites imposées sont la limitation des capacités de traitement, de stockage et surtout d'énergie. La liberté laissée à l'implantation est forte et impose de concevoir complètement l'infrastructure, les mécanismes et les protocoles en fonction de l'application visée. Dans cette thèse, nous nous sommes tout d'abord focalisés sur des réseaux de petites tailles. Nous avons conçu une solution protocolaire "Placide" pour le suivi de la chaîne du froid proposée dans le cadre du projet ANR-CAPTEURS. L'originalité première de la solution repose sur l'absence d'infrastructure et de Station de Base. Elle est composée de protocoles performants fondés sur la formation d'un anneau virtuel entre les noeuds, auto-organisants et très économes en énergie. Le second axe est dédié à une étude expérimentale de la qualité du lien.L'objectif est double. Nous souhaitions tout d'abord étayer certaines hypothèses effectuées dans la première partie du travail. Il s'agissait ensuite de proposer des protocoles et des algorithmes fondés sur la qualité du lien. Nous nous sommes focalisés sur la variation de la qualité du lien en fonction de la distance entre les noeuds et de la puissance de transmission. Par la suite, l'impact de la qualité du lien sur la topologie du réseau a été étudiée. Les retours d'expérience sont importants quant à la compréhension des facteurs affectant la durée de vie du réseau. La dernière contribution concerne l'exploitation de ces observations en proposant des stratégies de partage decharge. Notre idée est que des protocoles très réduits et des mécanismes simples peuvent être mis en oeuvre pour le routage. Nous illustrons ces principes au travers d'exemples pour lesquels nous montrons la supériorité de ces solutions par rapport à des routages de type plus court chemin. ABSTRACT : Technological advances during the last few years allowed the development of new and cheap sensors equiped with wireless communication which can be configured to form autonomous networks. The application areas for wireless sensor networks (WSN) are various: home automations, health care services, military domain, and environment monitoring. The imposed constraints are limited capacity of processing, storage, and especially energy. In addition, implementing WSN solutions is highly open and requires that the infrastructure, the mechanisms and the protocols should be completely designed based on each specific application.In this thesis, we first focused on small networks. We designed « Placide », a protocol stack solution for cold chain monitoring proposed within the ANR-CAPTEURS project. The first originality of this solution is based on the absence of infrastructure and base stations. « Placide » is composed of self-organizing and energy-efficient protocols based on a virtual ring construction between nodes. The second topic is devoted to an experimental study on Link Quality Indicator (LQI). There are two main objectives. Firstly, we want to endorse our precise assumptions of the first part of the work. Secondly, our poposed link quality based protocols and algorithms willbe described. We focused on LQI variations according to distance between nodes and transmission power.Thereafter, the impact of LQI on the network topology has been studied. Feedbacks are important to understand which factors affect the network lifetime. The last contribution relates to the use of these observations by proposing load balancing strategies. Our idea is that very reduced protocols and simple mechanisms can be used in routing protocols. We illustrate these principles through simple examples where we show the superiority of these solutions compared to standard routing like shortest path for example

Approche agent mobile pour l’adaptation des réseaux mobiles ad hoc

Dans les réseaux ad hoc, un protocole de routage est fortement lié à la dynamique de l’environnement due à la mobilité des nœuds. Le comportement d’un certain protocole nécessite alors une adaptation pour répondre aux changements des caractéristiques de l’environnement principalement l'énergie, le débit des liens, la qualité de service et la topologie. L’effet de la mobilité des nœuds sur les liens et la topologie du réseau est très lisible. Les protocoles de routage employé dans ce type des réseaux doivent prendre en considération ce facteur de mobilité pour garantir une meilleure mise en œuvre et maintenance de la topologie afin d’assurer la continuité de communication et la reprise lorsqu’une déconnexion. D’une autre part, les agents mobiles représentent un outil adéquat pour l’adaptation des systèmes aux environnements décentralisés et évolutifs. Ils dotent des caractéristiques qui augmentent la tolérance aux pannes comme la capacité d’autonomie (indépendance lors de l’exécution), de proactivité (capacité de prendre des décisions de manière autonome) et de communication. L'objectif de ce travail consiste à proposer une approche qui utilise le paradigme « agent mobile » pour traiter le problème d'adaptation des réseaux mobiles ad hoc et de traiter la mobilité fréquente. Mots clés : réseaux ad hoc, routage, agent mobile, mobilité, métriques, adaptation du réseau

Conception d'un générateur d'intergiciels temps réel embarqués dans l'automobile.

Les applications temps réel sont des applications dont la correction ne dépend pas seulement du résultat produit, mais aussi de la date à laquelle il est produit. Par exemple, dans le domaine de l'automobile, lors d'un freinage, la force à appliquer sur les freins est évaluée par une application (ABS : AntiBlockier System, système évitant de bloquer les roues au freinage, permettant ainsi de conserver la direction du véhicule). Il existe donc des contraintes de délai de réaction entre la demande de l'utilisateur et la consigne appliquée sur les freins. Dans ce domaine, des applications de plus en plus complexes sont aujourd'hui développées. Elles sont souvent distribuées sur plusieurs calculateurs, parfois hétérogènes, et doivent coopérer avec d'autres applications, elles aussi distribuées. Afin de maîtriser cette complexité, on développe classiquement une couche logicielle appelée intergiciel (middleware). Cette couche a pour but de masquer l'hétérogénéité des supports d'exécution et la distribution des applications. Elle propose aux applications un ensemble de services standards pour communiquer et interagir avec le système d'exploitation, tout en garantissant une qualité de service temporelle. Notre objectif est de mettre en oeuvre une technique pour la génération d'intergiciels de communication embarqués pour l'automobile. Le cadre d'utilisation de nos travaux est la conception de systèmes embarqués dans les véhicules. Plus précisément, cette approche permet de concevoir un générateur d'un ensemble de tâches implémentant cette couche de communication pour un type d'application donnée. Pour cela, elle prend en compte l'ensemble des événements requis et offerts par l'application tout en assurant la qualité de service requise par cette dernière (propriétés temps réel), et en minimisant la surcharge due à l'exécution de l'intergiciel. Les travaux présentés visent la réalisation d'un générateur d'intergiciels optimisés, et abordent deux aspects : la conception générique des architectures d'implémentation du générateur et de l'intergiciel, et le déploiement de l'intergiciel généré sur une plateforme temps réel. Constituant un framework technique, l'architecture d'implémentation est optimisée dans le sens où l'intergiciel est adapté à l'environnement d'exécution (le système d'exploitation OSEK/VDX OS et le réseau CAN), et minimise son utilisation des ressources disponibles. Elle apporte une réponse, d'une part, au niveau de la spécification d'une architecture logicielle (construite à l'aide de design patterns), et, d'autre part, à la manière dont cette architecture est déployée sur une plateforme concrète (sous la forme d'un ensemble de tâches). Quant au déploiement de l'intergiciel, il est réalisé sur une architecture matérielle de microcontrôleurs (PIC)

Pilotage dynamique de la qualité de service de bout en bout pour une session "user-centric"

Aujourd hui, le marché des services est devenu de plus en plus concurrentiel. Les exigences des clients pour des offres de service en adéquation avec leurs usages et leurs préférences conduisent les fournisseurs à proposer de nouveaux services qui répondent à ce nouveau besoin pour se démarquer des concurrents et attirer de nouveaux clients. Avec la convergence des réseaux et celle des services de nouvelle génération (NGN/NGS), de nouveaux services sont apparus. Les utilisateurs sont nomades et veulent utiliser leurs services de différentes manières n importe où, n importe quand et par n importe quel type de terminal, et cela avec une continuité de service et une qualité de service de bout en bout. Ainsi, fournir des services personnalisés aux clients dans un environnement hétérogène et mobile devient un challenge pour les opérateurs et les fournisseurs de service pour améliorer le retour sur investissement (ROI) et le délai de mise sur le marché (TTM). Nos réflexions à propos de la fourniture des services personnalisés selon les besoins fonctionnels et non-fonctionnels (QoS) des usagers, nous ont conduits à identifier les besoins du nouveau contexte NGN/NGS défini par l intersection de ces trois éléments user-centric, mobilité et QoS . Comment piloter dynamiquement la QoS de bout en bout pour une session unique user-centric ? Comment assurer le service Delivery dans un contexte de mobilité et d ubiquité? Ces nouveaux besoins, nous ont motivé à proposer des solutions à travers trois contributions principales qui prennent en considération la vision utilisateur et opérateur. Notre première contribution porte sur le modèle organisationnel. Nous proposons une nouvelle organisation avec un maximum de flexibilité, d adaptabilité et d autogestion, qui permet de piloter la QoS à chaque niveau de l architecture (équipement, réseau et service). Dans cette organisation nous avons défini des acteurs et le rôle que joue chacun d eux par rapport à la prise de décision au cours de la session de l utilisateur, et cela pour maintenir la QoS de bout en bout dans un environnement qui est totalement hétérogène et mobile.Notre deuxième contribution traite du composant de service autonomique. Avec la complexité de la personnalisation des services dans un contexte hétérogène et mobile et le besoin de satisfaire la QoS de bout en bout, les ressources services doivent être prises en compte au même titre que les ressources réseaux. Donc, un degré élevé d autosuffisance, d autogestion et d automatisation est demandé dans la ressource service (composant de service) pour améliorer le service delivery. Pour cela, nous proposons un composant de service autonomique ASC: Autonomic Service Component basé sur un agent de QoS intégré qui s autocontrôle et s autogère pour adapter dynamiquement ses ressources en réponse à un changement de situations au cours de la session de l utilisateur. Notre troisième proposition couvre le modèle protocolaire. La session de services personnalisés nécessite des interactions plus flexibles au niveau service pour avoir une session unique avec une continuité de service. Nous proposons un protocole de signalisation SIP+ qui permet la négociation de la QOS des services personnalisés dès la phase d initialisation de la session et de la renégociation de la QoS pendant l usage, pour maintenir le service avec la QoS requise à travers une session unique.De façon plus concrète, nous présentons nos expérimentations à travers un scenario et une plate-forme de démonstration qui nous permet de tester la faisabilité et la performance de nos contributions. Les apports et les perspectives de cette thèse sont consignés en conclusion.Nowadays, the services market has become increasingly competitive. Customer requirements for service offerings in line with their uses and preferences led providers to offer new services to meet this new need and to stand out from competitors and attract new customers. With the success of the network and service convergence (NGN / NGS), new services have emerged. A mobile user desires to access his services anywhere, anytime and on any type of terminal.Thus, providing customized services to clients while ensuring the service continuity and the end-to-end quality of service in a heterogeneous and mobile environment became a challenge for mobile operators and service providers to improve the return on investment (ROI) and time-to-market (TTM). Our thinking about the provision of customized services according to the functional and non-functional (QoS) needs of the users has led us to identify the needs of the new context NGN / NGS defined by the intersection of these three elements "user-centric, mobility and QoS". How to dynamically control the end-to-end QoS for a single "user-centric" session? How to ensure the "Service Delivery" in the context of mobility and ubiquity? These new needs have led us to propose solutions through three main contributions that take into account the user and the operator vision. Our first contribution concerns the organizational model. We have proposed a new organization with a maximum of flexibility, adaptability and self-management which allows the control of the QoS at each level of the architecture (equipment, network and service). In this organization, we have defined actors and the role of each one in relation to the decision-making process during the user session in order to maintain the end-to-end QoS in an environment that is totally heterogeneous and mobile. Our second contribution addresses the autonomic service component. With the complexity of services personalization in a heterogeneous and mobile context and the need to satisfy the end to end QoS, services and network resources must be taken into account. Therefore, a high degree of self-sufficiency, self-management and automation is required in the resource service to improve the service delivery. We have therefore proposed an autonomic service component based on an integrated QoS-agent which is self-controlled and self-managed to dynamically adapt its resources in response to changing situations during the user s session. Our third proposal covers the model protocol. The personalized services session requires more flexible interactions at the service level in order to obtain a single session with service continuity. We have proposed a signalling protocol SIP + that allows the negotiation of the QoS of personalized services at the session initialization phase and the renegotiation of the QoS during the utilization to maintain the service with the required QoS through a unique session. More concretely, we have presented our experiments through a scenario and demonstration platform that allows us to test the feasibility and the performance of our contributions. The contributions and perspectives of this thesis are stated in the conclusion.PARIS-Télécom ParisTech (751132302) / SudocSudocFranceF