Évaluation et étude de faisabilité d'une solution multi-sauts basée sur la technologie sans fil Weightless-P

Résumé

Weightless-P est un standard de communication sans fil récent. Ce stage consiste à se familiariser avec la technologie qui en découle, dans le but d'en étudier les performances dans un premier temps. Il s'agira ensuite dans un second temps d'étudier la faisabilité de la mise en place d'un réseau dit "multi-sauts" basé sur cette technologie.

Mots-clés

Weightless, LPWAN, multi-sauts, expérimentation

Équipe

Self-Organizing Future Ubiquitous Networks (FUN)

Encadrants

Brandon Foubert, doctorant
Nathalie Mitton, directrice de recherche

Présentation détaillée

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Pré-requis

Stage de fin d'étude de Master 2
Connaissances solides en réseau, et plus spécifiquement en réseau sans fil
Compétences en programmation système, notamment en langage C
Autonomie, curiosité, et attrait pour la recherche scientifique
Grande aisance avec l'anglais écrit (lecture et rédaction d'articles scientifiques en anglais)

Contexte

Le centre de recherche Inria Lille - Nord Europe fondé en 2008 emploie actuellement 360 personnes, incluant 300 scientifiques répartis en seize équipes de recherche.
Reconnu pour son exceptionnelle contribution aux développements sociaux économique de la région Haut-De-France, le centre de recherche Inria Lille - Nord Europe poursuit des recherches dans le domaine de l'informatique en collaboration avec de nombreux partenaires académiques, institutionnels et industriels.

Problématique

L'usage des communications sans fil est aujourd'hui très ancré dans le quotidien, via l'intermédiaire de technologies comme les réseaux cellulaires (3g, 4g...), le WiFi ou encore le Bluetooth. Récemment, de nouvelles technologies basées sur des couches physiques spécifiques ont été conçues. Ces dernières permettent de communiquer à longue distance, avec une consommation énergétique basse, mais au coût d'un débit réduit. Des machines se basant sur ce type de technologie peuvent construire des réseaux dit Long Power Wide Area Networks (LPWANs) [1,2].

Les technologies LoRa (Long Range) et Sigfox en sont emblématiques. De nouvelles technologies et standards continuent d'émerger régulièrement, autant du domaine public que du domaine privé. Weightless est un de ces standards, divisé en trois sous-parties : N, P et W. Weightless-P [3] particulièrement semble offrir des caractéristiques intéressantes en proposant des avantages indéniables sur les technologies traditionnelles.

Comme la réalité ne colle pas systématiquement à la théorie, dans un premier temps le but de ce stage serait d'évaluer les performances d'un système basé sur une technologie implémentant le standard Weightless-P [4]. Il s'agit de mesurer expérimentalement puis d'analyser les performances d'un réseau se basant sur cette technologie, en termes de métriques réseau (débit, délai etc.). Pour cela, il sera nécessaire dans un premier temps de bien comprendre les spécifications du standard, puis de s'approprier la technologie qui en découle. L'étudiant devra prendre en main le matériel et apprendre à en modifier le fonctionnement au niveau système pour pouvoir adapter ce dernier aux conditions d'expériences qui dépendront de la métrique qui sera étudiée. Une campagne d'expérimentation extensive sera ensuite réalisée pour attester des performances réelles du réseau.

Les technologies utilisées dans les réseaux de types LPWANs permettent de communiquer sur de grandes distances. Malgré tout, certaines zones dites "blanches" restent non couvertes par les stations de base. Des réseaux dit "multi-sauts" [5], dans lesquels les noeuds relaient les données de leurs voisins vers Internet permettraient d'offrir une connectivité à des noeuds isolés. Dans un second temps, l'étudiant étudiera donc la faisabilité de concevoir un réseau multi-sauts basé sur la technologie étudiée précédemment. Il s'agira notamment de quantifier le coût que ce type de réseau peut engendrer sur chaque noeud (en termes de délai, consommation énergétique etc.).

Travail à effectuer

Bibliographie

[1] U. Raza, P. Kulkarni, and M. Sooriyabandara. “Low Power Wide Area Networks: An Overview”. In: IEEE Communications Surveys Tutorials 19.2 (2017), pp. 855–873.
[2] Finnegan, J., & Brown, S. (2018). A comparative survey of LPWA networking. arXiv preprint arXiv:1802.04222.
[3] Weightless-P System specification. Tech. rep. url: https://pro-bee-user-content-eu-west-1.s3.amazonaws.com/public/users/Integrators/929cb090-e779-401a-b06c-c629ff6b0fea/ap-cambridgestartuplimi/Weightless-P_v1.03.pdf
[4] Ubiik starterkit url: https://www.ubiik.com/starterkit
[5] Anedda, M., Desogus, C., Murroni, M., Giusto, D. D., & Muntean, G. M. (2018, June). An Energy-efficient Solution for Multi-Hop Communications in Low Power Wide Area Networks. In 2018 IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB) (pp. 1-5). IEEE.