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Satellites d'observation et réseaux de capteurs autonomes au service de l'environnement

Raveneau, Patrice (2014) Satellites d'observation et réseaux de capteurs autonomes au service de l'environnement. (Observation satellites and wireless sensor networks for environmental purpose.)

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Résumé

La collecte d’informations et leur transmission au travers d’un réseau de communications peut être effectuée par des réseaux de capteurs autonomes ainsi que par des satellites d’observation. L’utilisation conjointe de ces réseaux fournirait des données complémentaires et permettrait à l’Humanité de pérenniser son avenir en comprenant les mécanismes du monde qui l’entoure. Ces dernières années, le secteur spatial a montré une volonté d’unifier et de faciliter la réutilisation des développements réalisés avec la création de filières de plateformes multi-missions ainsi que la définition de protocoles applicables à différents contextes. L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques des différentes technologies d’observation afin d’en exploiter les points communs. À ces fins, nous nous intéressons aux technologies et aux architectures utilisées dans de tels contextes. Nous proposons alors une architecture de réseau répondant aux contraintes des systèmes les plus communément utilisés dans un tel cadre. Les principales contraintes des scénarios d’observation sont liées à la forte intermittence des liens et donc au manque de connexité du réseau. Nous nous orientons donc vers une solution ayant recours au concept de réseaux tolérants au délai. Dans un tel contexte, l’existence d’une route entre la source et la destination n’est pas garantie. C’est pourquoi les protocoles de communication utilisés propagent généralement plusieurs exemplaires d’un même message vers plusieurs entités afin d’augmenter le taux de délivrance. Nous avons souhaité diminuer l’utilisation des ressources du réseau tout en conservant des performances similaires afin d’augmenter l’efficacité du réseau. Après avoir proposé une architecture commune, nous nous sommes focalisés sur les spécificités des différents segments de notre réseau afin de répondre localement à ces problèmes. Pour le segment satellite, nous nous sommes plus spécialement concentrés sur les techniques de gestion de mémoire. Nous considérons un satellite défilant avec une mémoire embarquée limitée, collectant des données en provenance de passerelles. Il s’agit alors de sélectionner les messages les plus urgents quitte à déposer sur une autre passerelle les messages moins contraints. Sur le réseau de capteurs terrestre, nous nous sommes focalisés sur la diminution de l’utilisation des ressources du réseau. Pour cela nous avons utilisé l’historique des rencontres entre les nœuds et analysé l’influence de la quantité de mémoire allouée aux accusés de réception sur les performances du réseau. Nous sommes parvenus à atteindre des performances supérieures aux solutions existantes à moindre frais. Les solutions proposées peuvent être mises en œuvre et appliquées dans différents contextes applicatifs. ABSTRACT : Data gathering and transmission through a communicating network can be obtained thanks to wireless sensor networks and observation satellites. Using both these technologies will allow mankind to build a sustainable future by understanding the world around. In recent years, space actors have demonstrated a will to reuse the developed technologies by creating multiple programs platforms and defining context-agnostic protocols. The goal of this thesis is to study the characteristics of several observation technologies to exploit their similarities. We analyse the existing technologies and architectures in several contexts. Then, we propose a networking architecture handling constraints of most commonly used systems in such a context. The main constraints of observation scenarios are due to the links intermittence and lack of network connectivity. We focus on a solution using the delay tolerant networking concept. In such a context, a path between source and destination might not exist at all time. That is why most proposed protocols send multiple copies of a message to increase the delivery ratio. We wanted to decrease network resource use while keeping a similar performance to increase network efficiency. After having proposed a common architecture, we focused on particularities of each network segment to solve problems locally. Concerning the satellite part, we focused specifically on memory management techniques. We considered a low earth orbit satellite with a limited on-board buffer, gathering data from gateways. The goal is then to select the most urgent messages even though the least urgent ones are sent back to the ground. On the terrestrial sensor network part, we focused on the decrease of network resource use. We used the history of encounters between nodes and analysed the influence of the proportion of memory allocated to acknowledgements on network performance. We achieved better performance than existing solutions and at lower cost. The proposed solutions can be deployed and applied in several applications.

Département ou laboratoire:Institut de Recherche en Informatique de Toulouse - IRIT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Beylot, André-Luc
Mots-clés:Satellite - Capteurs - Réseaux. KEYWORDS : Satellite - Sensors - Networks
Sujets:Télécoms et réseaux
Déposé le:04 Septembre 2014

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