Service Level Agreements

161 Pages·2017·10.86 MB·French

by  Guillaume Gaillard

Operer les reseaux de l’Internet des Objets à l’aide de
contrats de qualite de service (Service Level
Agreements)
Guillaume Gaillard
To cite this version:
GuillaumeGaillard. Opererlesreseauxdel’InternetdesObjetsàl’aidedecontratsdequalitedeservice
(Service Level Agreements). Réseaux et télécommunications [cs.NI]. INSA Lyon, 2016. Français.
￿NNT: 2016LYSEI152￿. ￿tel-01429025v3￿
HAL Id: tel-01429025
https://hal.inria.fr/tel-01429025v3
Submitted on 9 Jan 2017 (v3), last revised 29 Mar 2018 (v4)
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N° d’ordre NNT : 2016LYSEI152

THESE de DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LYON
opérée au sein de l’INSA Lyon

Ecole Doctorale N° ED512
Ecole Doctorale Informatique et Mathématiques

Spécialité/ discipline de doctorat : Informatique

Soutenue publiquement le 19/12/2016, par :
Guillaume Gaillard

Opérer les réseaux de l'Internet des
Objets à l'aide de contrats de qualité de
service (Service Level Agreements)

Devant le jury composé de :

Turletti, Thierry Directeur de Recherche Inria – Sophia Antipolis Rapporteur
Minet, Pascale Chargée de Recherche HDR Inria – Paris Rapporteure
Thubert, Pascal Ingénieur de Recherche Cisco Systems Examinateur
Owezarski, Philippe Directeur de Recherche CNRS – Toulouse Président
Guérin-Lassous,
Isabelle Professeur des universités Université Lyon 1 Examinatrice

Barthel, Dominique Ingénieur de Recherche Orange Labs – Meylan Coencadrant
Valois, Fabrice Professeur des universités INSA-LYON Directeur de thèse

Theoleyre, Fabrice Chargé de Recherche CNRS – ICube Invité
Département FEDORA – INSA Lyon - Ecoles Doctorales – Quinquennal 2016-2020

SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE DE LYON M. Stéphane DANIELE
CHIMIE http://www.edchimie-lyon.fr Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon
IRCELYON-UMR 5256
Sec : Renée EL MELHEM Équipe CDFA
Bat Blaise Pascal 3e etage 2 avenue Albert Einstein
69626 Villeurbanne cedex
[email protected]
[email protected]
Insa : R. GOURDON
ELECTRONIQUE, M. Gérard SCORLETTI
E.E.A. ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE Ecole Centrale de Lyon
http://edeea.ec-lyon.fr 36 avenue Guy de Collongue
69134 ECULLY
Sec : M.C. HAVGOUDOUKIAN Tél : [phone] Fax : [phone]
[email protected] [email protected]
EVOLUTION, ECOSYSTEME, M. Fabrice CORDEY
E2M2 MICROBIOLOGIE, MODELISATION CNRS UMR 5276 Lab. de géologie de Lyon
http://e2m2.universite-lyon.fr Université Claude Bernard Lyon 1
Bât Géode
Sec : Sylvie ROBERJOT 2 rue Raphaël Dubois
Bât Atrium - UCB Lyon 1 69622 VILLEURBANNE Cédex
04.72.44.83.62 Tél : [phone]
Insa : H. CHARLES cordey@ univ-lyon1.fr
[email protected]
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES- Mme Emmanuelle CANET-SOULAS
EDISS SANTE INSERM U1060, CarMeN lab, Univ. Lyon 1
http://www.ediss- Bâtiment IMBL
lyon.fr 11 avenue Jean Capelle INSA de Lyon
Sec : Sylvie ROBERJOT 696621 Villeurbanne
Bât Atrium - UCB Lyon 1 Tél : [phone] Fax :[phone]
04.72.44.83.62 [email protected]
Insa : M. LAGARDE
[email protected]
INFORMATIQUE ET Mme Sylvie CALABRETTO
INFOMATHS MATHEMATIQUES LIRIS – INSA de Lyon
http://infomaths.univ-lyon1.fr Bat Blaise Pascal
7 avenue Jean Capelle
Sec :Renée EL MELHEM 69622 VILLEURBANNE Cedex
Bat Blaise Pascal Tél : [phone] Fax [phone]
3e etage [email protected]
[email protected]
MATERIAUX DE LYON M. Jean-Yves BUFFIERE
Matériaux http://ed34.universite-lyon.fr INSA de Lyon
MATEIS
Sec : M. LABOUNE Bâtiment Saint Exupéry
PM : 71.70 –Fax : 87.12 7 avenue Jean Capelle
Bat. Direction 69621 VILLEURBANNE Cedex
[email protected] Tél : [phone] Fax [phone]
[email protected]
MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE M. Philippe BOISSE
MEGA CIVIL, ACOUSTIQUE INSA de Lyon
http://mega.universite-lyon.fr Laboratoire LAMCOS
Bâtiment Jacquard
Sec : M. LABOUNE 25 bis avenue Jean Capelle
PM : 71.70 –Fax : [phone] VILLEURBANNE Cedex
Bat. Direction Tél : [phone] Fax : [phone]
[email protected] [email protected]
ScSo* M. Christian MONTES
ScSo http://recherche.univ-lyon2.fr/scso/ Université Lyon 2
86 rue Pasteur
Sec : Viviane POLSINELLI 69365 LYON Cedex 07
Brigitte DUBOIS [email protected]
Insa : J.Y. TOUSSAINT
Tél : [phone]
[email protected]
*ScSo : Histoire, Géographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie
RØsumØ des travaux de thŁse
Avec l’utilisation grandissante des technologies distribuØes sans (cid:28)l pour la modernisa-
tion des services, les dØploiements d’infrastructures radio dØdiØes ne permettent plus de
garantir des communications (cid:28)ables, (cid:224) grande Øchelle et pour un bas coßt. Cette thŁse vise
(cid:224) permettre (cid:224) un opØrateur de dØployer une infrastructure de rØseau radio pour plusieurs
applications clientes de l’Internet des Objets (IoT). Nous Øtudions la mutualisation d’une
architecture pour di(cid:27)Ørents (cid:29)ux de tra(cid:28)c a(cid:28)n de rentabiliser le dØploiement du rØseau en
partageant la capacitØ des n(cid:247)uds et une large couverture. Nous devons alors garantir une
QualitØ de Service (QoS) di(cid:27)ØrenciØe pour les (cid:29)ux de chaque application.
Nous proposons de spØci(cid:28)er des contrats de QoS nommØs Service Level Agreements
(SLA) dans le domaine de l’IoT. Ceux-ci dØ(cid:28)nissent les indicateurs clØs de performance
(KPI) de dØlai de transit et de taux de livraison pour le tra(cid:28)c provenant d’objets connec-
tØs distribuØs gØographiquement. Dans un second temps, nous dØtaillons les fonctionnalitØs
nØcessaires (cid:224) la mise en (cid:247)uvre des SLA sur le rØseau opØrØ, sous la forme d’une archi-
tecture de gestion de SLA. Nous envisageons l’admission de nouveaux (cid:29)ux, l’analyse des
performances courantes et la con(cid:28)guration des relais de l’opØrateur.
Surlabased’unetechnologierobuste,multi-saut,IEEE Std 802.15.4-2015 mode TSCH,
nous proposons un mØcanisme d’observation de rØseau permettant de vØri(cid:28)er les di(cid:27)Ørents
KPI. Nous utilisons les trames de donnØes existantes comme support de collecte a(cid:28)n de
rØduire le surcoßt en termes de ressources de communication. Nous comparons di(cid:27)Ørentes
stratØgies de piggybacking a(cid:28)n de trouver un compromis entre la performance et l’e(cid:30)cacitØ
de l’observation. Puis nous dØtaillons KAUSA, un algorithme d’allocation de ressources
sous contraintes de QoS multi-(cid:29)ux. Nous dØdions des ressources temps-frØquences ajustØes
saut-par-saut pour chaque message. KAUSA prend en compte les interfØrences, la (cid:28)abilitØ
des liens radio et la charge attendue a(cid:28)n d’amØliorer la rØpartition des ressources allouØes
et ainsi prolonger la durØe de vie du rØseau. Nous montrons les gains et la validitØ de nos
contributions par simulation, sur la base de scØnarios rØalistes de tra(cid:28)c et d’exigences.
Mots-clØs : QualitØ de Service, RØseaux de Capteurs Sans Fil, Multi-saut, Internet des
Objets, Service Level Agreement, Indicateurs ClØs de Performance, FiabilitØ, Gestion de
RØseaux, Observation de RØseaux, Ordonnancement, 6TiSCH
iii
Thesis summary
With the growing use of distributed wireless technologies for modern services, the de-
ployments of dedicated radio infrastructures do not enable to ensure large-scale, low-cost
and reliable communications. This PhD research work aims at enabling an operator to
deploy a radio network infrastructure for several client applications, hence forming the In-
ternet of Things (IoT). We evaluate the bene(cid:28)ts earned by sharing an architecture among
di(cid:27)erent tra(cid:30)c (cid:29)ows, in order to reduce the costs of deployment, obtaining a wide cove-
rage through e(cid:30)cient use of the capacity on the network nodes. We thus need to ensure a
di(cid:27)erentiated Quality of Service (QoS) for the (cid:29)ows of each application.
We propose to specify QoS contracts, namely Service Level Agreements (SLAs), in the
context of the IoT. SLAs include speci(cid:28)c Key Performance Indicators (KPIs), such as the
transit time and the delivery ratio, concerning connected devices that are geographically
distributed in the environment. The operator agrees with each client on the sources and
amount of tra(cid:30)c for which the performance is guaranteed. Secondly, we describe the fea-
tures needed to implement SLAs on the operated network, and we organize them into an
SLA management architecture. We consider the admission of new (cid:29)ows, the analysis of
current performance and the con(cid:28)guration of the operator’s relays.
Based on a robust, multi-hop technology, IEEE Std 802.15.4-2015 TSCH mode, we
provide two essential elements to implement the SLAs : a mechanism for the monitoring of
the KPIs, and KAUSA, a resource allocation algorithm with multi-(cid:29)ow QoS constraints.
The former uses existing data frames as a transport medium to reduce the overhead in
terms of communication resources. We compare di(cid:27)erent piggybacking strategies to (cid:28)nd a
tradeo(cid:27) between the performance and the e(cid:30)ciency of the monitoring. With the latter,
KAUSA, we dedicate adjusted time-frequency resources for each message, hop by hop.
KAUSA takes into account the interference, the reliability of radio links and the expected
load to improve the distribution of allocated resources and prolong the network lifetime.
Weshowthegainsandthevalidityofourcontributionswithasimulationbasedonrealistic
tra(cid:30)c scenarios and requirements.
Keywords: Quality of Service, Wireless Sensor Networks, Multi-hop, Internet of Things,
Service Level Agreement, Key Performance Indicators, Reliability, Network Management,
Network Monitoring, Scheduling, 6TiSCH
iv
Remerciements
Je voudrais d’abord remercier les membres du jury pour avoir acceptØ de rapporter et
d’examiner ma thŁse et mes travaux. Merci en particulier (cid:224) mes encadrants, Dominique,
FabriceetFabricepourleurpatience,leurcon(cid:28)anceetleursoutientoutaulongduparcours
doctoral.
J’adresse des remerciements chaleureux aux amis qui m’ont aidØ pendant la pØriode
de rØdaction, par des conseils et des relectures attentionnØes. En particulier, merci (cid:224) BØa,
Jule, Fred et Arnaud.
Je voudrais remercier Orange Labs, Inria et le laboraoire CITI pour avoir mis (cid:224) ma
disposition les moyens nØcessaires (cid:224) l’accomplissement de mes travaux. En particulier, la
participationauxrØunionsdel’IETFetl’accŁsfacilitØ(cid:224)laplate-formeFIT/IoT-Labm’ont
grandement servi. Merci (cid:224) l’Icube pour le soutien (cid:28)nancier en (cid:28)n de convention CIFRE.
Rien n’aurait pu aboutir sans l’aide inconditionnelle pour mes dØmarches de la part des
assistants et responsables des Øquipes, des directions, et des di(cid:27)Ørents secrØtariats.
Pendantquatreans,lespersonnesrencontrØesetcotoyØesaulaboratoireCITI,(cid:224)Orange
Labs et en mission m’ont enrichi par des Øchanges d’expØriences, des collaborations scien-
ti(cid:28)ques et des partages culturels. Les Øtudiants thØsards, post-doc, stagiaires, enseignants,
chercheurs, techniciens et ingØnieurs que j’ai connus ont fortement contribuØ (cid:224) mes rØ-
(cid:29)exions et travaux. En particulier, les Øchanges au sein de l’Øquipe UrbaNet m’ont beau-
coup inspirØs et guidØs. J’ai Øgalement eu l’opportunitØ de collaborer aux travaux de deux
stages, je remercie en particulier Jonathan pour nos discussions et avancØes communes.
En(cid:28)n, je salue mes proches, colocs, famille, amis et amour, qui m’ont accompagnØs (cid:224)
chaque instant de la thŁse. Ce que leur prØsence m’apporte au quotidien est inestimable.
v
Table des matiŁres
1 Introduction 1
1.1 Depuis les rØseaux de capteurs dØdiØs vers les rØseaux multi-sauts opØrØs . . 1
1.1.1 La diversi(cid:28)cation des applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Les rØseaux dØdiØs (cid:224) une application . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 Un opØrateur de rØseaux de l’IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.4 Une architecture de rØseaux radio multi-sauts . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Les dØ(cid:28)s de l’opØrateur multi-service pour l’Internet des Objets . . . . . . . 5
1.2.1 La (cid:28)abilitØ pour les rØseaux de l’Internet des Objets . . . . . . . . . 5
1.2.2 Les ressources de communication dans les rØseaux de l’IoT . . . . . 5
1.2.3 La gestion des rØseaux de l’Internet des Objets . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 SpØci(cid:28)er les Service Level Agreements (SLA) pour l’IoT . . . . . . . 7
1.3.2 Une architecture de gestion de rØseaux radio multi-sauts opØrØs . . . 7
1.3.3 VØri(cid:28)er les SLA et l’Øtat des ressources par une observation e(cid:30)cace . 7
1.3.4 Ordonnancer les ressources par contraintes de (cid:29)ux pour l’IoT opØrØ. 8
1.4 Organisation du document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.1 Chapitre 2 : (cid:19)Les rØseaux de l’IoT : Øtat de l’art et prØrequis tech-
niques(cid:20) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.2 Chapitre 3 : (cid:19)SpØci(cid:28)cation des SLA pour les rØseaux de l’IoT (cid:20) . . 8
1.4.3 Chapitre 4 : (cid:19)Architecture de gestion opØrØe de rØseaux de l’IoT (cid:20) . 9
1.4.4 Chapitre 5 : (cid:19)Observation e(cid:30)cace des rØseaux de l’IoT opØrØs(cid:20) . . 9
1.4.5 Chapitre 6 : (cid:19)Allocation dØterministe pour l’IoT opØrØ(cid:20) . . . . . . 9
2 Les rØseaux de l’IoT : Øtat de l’art et prØrequis techniques 10
2.1 HypothŁses et scØnario applicatif pour les rØseaux de l’Internet des Objets . 10
2.1.1 La mesure physique de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 CaractØristiques du tra(cid:28)c applicatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.3 CritŁres de performance et garanties attendues . . . . . . . . . . . . 12
2.1.4 Contraintes des capteurs liØes (cid:224) leur placement et usage . . . . . . . 14
2.1.5 CaractØristiques de propagation radio dans les rØseaux contraints . . 14
2.2 Pourquoi s’appuyer sur une topologie multi-saut? . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.1 PortØe, dØbit, largeur de bande des technologies existantes . . . . . . 16
2.2.2 Comment obtenir la plus grande capacitØ de tra(cid:28)c? . . . . . . . . . 17
2.2.3 Discussion sur le risque d’interfØrences . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.4 AdØquation aux exigences industrielles . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.5 Coßts et risques de dØploiement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Quelle QoS dans les protocoles d’accŁs au mØdium? . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1 Protocoles d’accŁs (cid:224) prØambule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.2 Protocoles d’accŁs (cid:224) contention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
vi
TABLE DES MATI¨RES vii
2.3.3 Protocoles d’accŁs dØterministes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.4 Gestion des transmissions des trames (cid:224) chaque n(cid:247)ud . . . . . . . . . 22
2.4 Le multiplexage temps-frØquence dans IEEE Std 802.15.4-2015 mode TSCH 23
2.4.1 Organisation temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.2 Organisation frØquentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.3 Le mØcanisme de saut de frØquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.4 Mise en place de l’ØchØancier : l’ordonnancement . . . . . . . . . . . 27
2.4.5 Les Information Elements (IE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5 Protocoles de routage (cid:224) QualitØ de Service dans les rØseaux radio multi-sauts 28
2.5.1 Routage rØactif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.2 Routage hiØrarchique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.3 Routage gØographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.4 Routage centralisØ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.5 Routage proactif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6 MØcanismes de gestion des rØseaux de l’IoT multi-sauts opØrØs . . . . . . . 32
2.6.1 Garanties de QoS par (cid:29)ux applicatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.2 Architecture de gestion des rØseaux de l’IoT . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.3 Exemple : la gestion de rØseau dans la pile protocolaire 6TiSCH . . 33
2.7 SynthŁse du chapitre - choix de topologie, rØseau et ordonnancement . . . . 37
2.7.1 OpØrer les rØseaux de l’IoT multi-sauts . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 SpØci(cid:28)cation des SLA pour les rØseaux de l’IoT 40
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1 (cid:201)noncØ du problŁme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.2 Cas d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.3 IntØrŒt de la mise en place de SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 (cid:201)tat de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.1 Un aper(cid:231)u des Service Level Agreements (SLA) . . . . . . . . . . . . 43
3.2.2 MØcanismes de QoS pour la gestion des SLA . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 SLA pour les web services : le modŁle WSLA . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.4 Limites du modŁle WSLA pour les rØseaux de l’IoT opØrØs . . . . . 45
3.3 Outils de construction de SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.1 Automatisation et spØci(cid:28)cation XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.2 DØ(cid:28)nition des garanties et conditions dans les SLA . . . . . . . . . . 48
3.3.3 Outils mathØmatiques et formels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4 Extension du modŁle WSLA pour l’IoT opØrØ . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4.1 Structure des Service Level Agreement (SLA) . . . . . . . . . . . . . 52
3.4.2 SpØci(cid:28)cation de la liste de n(cid:247)uds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4.3 Construction d’ensembles de n(cid:247)uds . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.4.4 MØtriques particuliŁres des rØseaux de l’IoT opØrØs . . . . . . . . . . 56
3.5 Mise en place de SLA pour les rØseaux de l’IoT opØrØs . . . . . . . . . . . . 58
3.5.1 Les acteurs de l’IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5.2 La dØ(cid:28)nition des services. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.3 L’expressiondesbesoinsdesclients:lesService Level Objectives (SLO) 59
3.5.4 Les garanties d’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.6 Conclusion et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
viii TABLE DES MATI¨RES
4 Architecture de gestion opØrØe de rØseaux de l’IoT 63
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1.1 Les architectures de gestion des SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2 Les acteurs de l’IoT opØrØ, leurs r(cid:244)les et fonctionnement . . . . . . . . . . . 65
4.2.1 Un environnement multi-client et multi-service . . . . . . . . . . . . 65
4.2.2 Le rØseau radio multi-saut de l’opØrateur . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.3 Un aper(cid:231)u de l’architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.1 Contexte et problŁme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.2 Les Øtapes de l’architecture de SLA et leurs objectifs . . . . . . . . . 69
4.4 Les entitØs fonctionnelles de l’architecture de SLA de l’opØrateur . . . . . . 71
4.4.1 Le SLA Admitter : contr(cid:244)le d’admission pour les nouveaux clients 72
4.4.2 Le SLA Manager : maintien et synthŁse de l’Øtat du rØseau de l’IoT 73
4.4.3 Le SLA Enforcer : comment con(cid:28)gurer le rØseau . . . . . . . . . . 74
4.4.4 LeSLA Observer :l’observationdeQoS surlesrØseauxmulti-sauts
de l’IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.4.5 Le Service Registry : une base de donnØes pour les mesures brutes 77
4.5 SynthŁse du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 Observation e(cid:30)cace des rØseaux de l’IoT opØrØs 80
5.1 ProblŁme de la collecte d’observation sur rØseaux de l’IoT multi-applicatifs 80
5.2 Objectifs de l’observation des rØseaux de l’IoT opØrØs. . . . . . . . . . . . . 81
5.2.1 Observer la rØalisation de chaque SLA . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2.2 VØri(cid:28)er et contr(cid:244)ler l’Øtat du rØseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2.3 Un ensemble de mØtriques (cid:224) mesurer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.3 (cid:201)tat de l’art sur l’observation dans les rØseaux de l’IoT . . . . . . . . . . . 84
5.3.1 L’observation des rØseaux radio multi-sauts . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3.2 L’observation dans les protocoles standards . . . . . . . . . . . . . . 85
5.3.3 La collecte de l’information d’observation . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.3.4 InfØrer sur la base d’informations partielles . . . . . . . . . . . . . . 87
5.4 RemontØe d’informations d’observation des SLA par piggybacking e(cid:30)cace . 88
5.4.1 Cas d’utilisation et modŁle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.4.2 Mesurer le dØlai de bout-en-bout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.4.3 Mesurer le taux de livraison de bout-en-bout . . . . . . . . . . . . . 91
5.4.4 Collecter l’information d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.4.5 Observation : isolation et fragmentation . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.4.6 Analyse des informations collectØes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.5 (cid:201)valuation de performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.5.1 ParamŁtres et hypothŁses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.5.2 Taux d’occupation des conteneurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.5.3 Surcoßt des mØcanismes d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.5.4 Conclusions de l’Øvaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.6 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6 Allocation dØterministe pour l’IoT opØrØ 103
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.1.1 Contexte : l’ordonnancement des ressources FTDMA . . . . . . . . . 103
6.1.2 (cid:201)noncØ du problŁme et propositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.1.3 (cid:201)tat de l’art : l’ordonnancement FTDMA (cid:224) contraintes de QoS . . . 105
6.2 ModŁle de rØseau multi-saut opØrØ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.2.1 ModŁle de n(cid:247)ud et de topologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
TABLE DES MATI¨RES ix
6.2.2 ModŁle de propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2.3 ModŁle de communications et d’allocation de ressources . . . . . . . 107
6.2.4 DØ(cid:28)nition du tra(cid:28)c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.2.5 Expression de la contrainte de (cid:28)abilitØ . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.3 Prise en compte des retransmissions : mØthodes de sur-dimensionnement . . 110
6.3.1 Une premiŁre approche : calcul de sur-dimensionnement uniforme . . 110
6.3.2 Une seconde approche : calcul de sur-dimensionnement saut-par-saut 111
6.3.3 Allocation des retransmissions : extensions de l’algorithme TASA . . 114
6.4 KAUSA : allocation de ressources multi-(cid:29)ux (cid:224) contraintes de SLA . . . . . . 117
6.4.1 Vision globale de KAUSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.4.2 Ordonner les (cid:29)ux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.4.3 Construction des chemins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.4.4 Allocation des messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.4.5 Conditions d’allocation des cellules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.4.6 Technique de backtracking au niveau des liens . . . . . . . . . . . . . 121
6.4.7 Le backtracking au niveau des (cid:29)ux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.5 (cid:201)valuation des performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.5.1 ScØnario d’Øvaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.5.2 RØsultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.6 SynthŁse du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7 Conclusion et travaux futurs 128
7.1 Rappel du contexte de diversi(cid:28)cation de l’IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.2 Rappel des contributions : l’architecture opØrateur . . . . . . . . . . . . . . 129
7.2.1 SpØci(cid:28)cation des Service Level Agreements (SLA) pour l’IoT . . . . 129
7.2.2 Architecture de gestion des rØseaux de l’IoT avec SLA . . . . . . . . 129
7.2.3 Observation des KPI sur le rØseau de l’opØrateur . . . . . . . . . . . 129
7.2.4 Allocation de ressources pour la rØalisation des KPI . . . . . . . . . 130
7.3 Perspectives : vers la convergence des rØseaux de l’IoT opØrØs . . . . . . . . 130
7.3.1 Perspectives (cid:224) court terme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.3.2 Perspectives (cid:224) long terme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Bibliographie 133
Publications 144
Glossaire 145