Conception et analyse des méthodes d'ordonnancement dans les réseaux 6TiSCH-802.15.4e à mode TSCH pour les applications industrielles de l'Internet des Objets

Hamza, Taieb (2019). Conception et analyse des méthodes d'ordonnancement dans les réseaux 6TiSCH-802.15.4e à mode TSCH pour les applications industrielles de l'Internet des Objets. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La conception des protocoles de la couche MAC dans un RCSF est cruciale en raison des limitations en capacités de traitement et en puissance des capteurs sans fil. La dernière version de l’IEEE 802.15.4, référencée sous le nom de IEEE 802.15.4e, a été publiée par IEEE et décrit le mécanisme du saut de canal par intervalle de temps (TSCH). Par conséquent, le groupe de travail 6TiSCH a publié un algorithme distribué permettant aux noeuds voisins de s’accorder sur un modèle de communication piloté par une fonction d’ordonnancement minimale. Une slotframe contient un nombre spécifique d’intervalles de temps qui se répètent et qui sont planifiés en fonction des exigences de l’application et de la topologie de routage. Cet ordonnancement permet aux noeuds capteurs de déterminer quand transmettre ou recevoir des données. Cependant, le standard IEEE 802.15.4e à mode TSCH ne définit pas les spécificités de la planification des intervalles de temps de l’ordonnancement.

Dans ce travail, nous discutons d’abord les techniques de brouillage sophistiquées qui sont appliquées aux réseaux de capteurs sans fil au niveau de la couche MAC ainsi que les contremsures prises pour s’y défendre. Ensuite, nous proposons une fonction minimale d’ordonnancement distirbuée (EMSF) qui est basée sur la fonction d’ordonnancement minimale conforme au standard 802.15.4e à mode TSCH. Pour cette raison, nous introduisons un algorithme distribué, basé sur le processus de Poisson, qui a pour objectif la prédiction des exigences de l’ordonnancement pendant la prochaine slotframe. En conséquence, les opérations de négociation entre les paires de noeuds pour s’accorder sur un ordonnancement seront réduites. Par conséquent, EMSF réduit considérablement la surcharge des données échangée, la latence de bout en bout et la longueur de la file d’attente. Les résultats préliminaires de la simulation ont confirmé qu’EMSF surpasse l’algorithme de MSF proposé dans le standard 802.15.4e à mode TSCH.

Titre traduit

Design and analysis of scheduling methods for 6TiSCH-802.15.4e TSCH-based networks for industrial applications of Internet of Things

Résumé traduit

MAC layer protocol design in a WSN is crucial due to the limitations on processing capacities and power of wireless sensors. The latest version of the IEEE 802.15.4, referenced to as IEEE 802.15.4e, was released by IEEE and outlines the mechanism of the Time Slotted Channel Hopping (TSCH). Hence, 6TiSCH working group has released a distributed algorithm for neighbour nodes to agree on a communication pattern driven by a minimal scheduling function. A slotframe contains a specific number of time slots, which are scheduled based on the application requirements and the routing topology. Sensors nodes use the schedule to determine when to transmit or to receive data. However, IEEE 802.15.4e TSCH does not address the specifics on planning time slot scheduling.

In this thesis, we first discuss intelligent MAC layer jamming attacks and the countermeasures taken in the context of WSNs. Then, we propose a distributed Enhanced Minimal Scheduling Function (EMSF) based on the minimal scheduling function, which is compliant with 802.15.4e TSCH. In this vein, we introduce a distributed algorithm based on a Poisson process to predict the following schedule requirements. Consequently, the negotiation operations between pairs of nodes to agree about the schedule will be reduced. As a result, EMSF decreases the exchanged overhead, the end-to-end latency and the packet queue length significantly. Preliminary simulation results have confirmed that EMSF outperforms the 802.15.4e TSCH MSF scheduling algorithm.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de l'information". Comprend des références bibliographiques (pages 79-84).
Mots-clés libres:	groupe de travail 6TiSCH, IEEE 802.15.4e à mode TSCH, ordonancement, processus de Poisson, prediction
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kaddoum, Georges
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie des technologies de l'information
Date de dépôt:	18 avr. 2019 20:23
Dernière modification:	18 avr. 2019 20:23
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2283

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