Towards a new generation of IoT based on network coding for the Industry 4.0

Modir, Amir Abbas (2021). Towards a new generation of IoT based on network coding for the Industry 4.0. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Internet of Things (IoT) is considered to be a disruptive technology that provides intelligent services by connecting objects equipped with sensors, actuators, and processors to networks. It is used in different applications such as smart homes, social life, entertainment, health, fitness, etc. Furthermore, IoT is applied in industrial applications such as transportation, manufacturing, energy, and agriculture, known as the Industrial Internet of Things (IIoT). Factories use IIoT networks for time-critical services, such as anomaly detection, system control, and robot guidance, that require low delays and highly reliable communications. However, IIoT networks use wireless communication and are applied to factories with high levels of noises and interference. As a result, information loss is an inevitable issue in IIoT networks, increasing communication delay and affecting the reliability of the network. In these networks, since packets should be delivered in-order to the application layer, the next packets cannot be delivered to the application layer unless the previous packets are delivered. Thus, information loss is detrimental for the time-critical services that require low delay communications. Recently, Network Coding (NC) has been introduced as a promising technology to recover information loss. Network coding can recover information loss by different methods. In this thesis, we investigate two of the most important network coding methods in order to identify which would be the most suitable to the stringent requirements of IIoT networks. To this end, we compare block-based network coding with sliding network coding methods in a one-hop multicast scenario and study the effects of the various parameters based on their performance. Simulations show that sliding window network coding decodes more packets with a lower in-order delivery delay than that of block-based RLNC. However, sliding window network coding has a maximum in-order delivery delay and decoding complexity and also needs a larger buffer size.

Titre traduit

Vers une nouvelle génération d’loT basée sur le codage de réseau pour l’Industrie 4.0

Résumé traduit

L’Internet des Objets (IoT) est une technologie révolutionnaire qui fournit des services intelligents en connectant aux réseaux des objets équipés de capteurs, d’actionneurs et de processeurs. Elle est utilisée dans différentes applications telles que les maisons intelligentes, la vie sociale et le divertissement, la santé et la forme physique, etc. De plus, l’IoT est utilisé dans des applications industrielles telles que le transport, la fabrication, l’énergie et l’agriculture. Dans ce cas, elle est connues sous le nom d’Internet Industriel des Objets (IIoT). Les usines utilisent les réseaux IIoT pour les services urgents, tels que la détection d’anomalies, le contrôle du système et le guidage des robots, qui requièrent de courts délais et des communications très fiables. Cependant, les réseaux IIoT utilisent les communications sans fil et sont fréquemment déployés dans des usines affectées par des niveaux élevés de bruits et d’interférences. En conséquence, la perte d’information est un problème inévitable dans les réseaux IIoT, augmentant les délais de communication et affectant la fiabilité du réseau. Dans ces réseaux, étant donné que les paquets doivent être livrés à la couche d’application dans l’ordre, un paquet ne peut être livré que si les précédents l’ont déjà été. Par conséquent, la perte d’informations est un problème pour les services critiques qui nécessitent des communications avec un faible délai. Récemment, le codage réseau a été identifié comme une technologie prometteuse pour gérer les pertes d’information. Le codage réseau peut récupérer les informations perdues en utilisant différentes méthodes. Dans cette thèse, nous étudions deux des méthodes de codage de réseau les plus importantes afin d’identifier celle qui est la mieux adaptée aux exigences strictes des réseaux IIoT. À cette fin, nous comparons le codage de réseau par blocs avec des méthodes de codage de réseau de type "sliding network" dans un scénario de type "one-hop multicast" et étudions les effets des différents paramètres sur leurs performances par le biais de simulations. Les simulations montrent que le codage réseau à fenêtre glissante décode plus de paquets avec un délai de livraison ordonnée inférieur à celui du RLNC basé sur les blocs. Cependant, le codage réseau à fenêtre glissante a un retard maximal de livraison ordonnée et une complexité de décodage plus élevés et nécessite une taille de tampon plus importante.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 55-62).
Mots-clés libres:	Internet industriel des objets, codage réseau linéaire aléatoire, fenêtre coulissante RLNC, correction d’effacement avant au niveau de l’application, codage réseau
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Giard, Pascal
Codirecteur:	Codirecteur Kaddoum, Georges
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	17 janv. 2022 18:09
Dernière modification:	17 janv. 2022 18:09
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2837

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