Communication sans fil polymorphique pour l’agriculture connectée

Nowadays, wireless computer networks are an integral part of our daily lives. In particular, wireless sensor networks are commonly used to monitor various phenomena. Sensors, also called nodes, collect and share various data autonomously. We are particularly interested in smart agriculture, in which they offer an assistance to farmers. Monitoring the weather, for example, makes it possible to guard against frost and to predict the appearance of pests. The nodes must, however, limit their power consumption in order to prolong the autonomy of their battery. Several constraints are also linked to the technology used to communicate: range, coverage, speed, etc. Thus, the choice of the communication technology complicates the design and deployment of wireless sensor networks.Wouldn't it therefore be possible to design multitechnology networks? The nodes would have several technologies and would thus be able to choose which one to use. The network would gain in flexibility, coverage and resilience in the face of outages and other unforeseen events. Nodes should however consider using different technologies for each of the nodes in their neighborhood. Also, different nodes could be dedicated to different uses, thus varying the communication requirements. For example, monitoring and alarm data flows do not have the same characteristics: monitoring data is issued frequently and at regular intervals, while alarm data is exceptional and urgent, tolerating neither delay nor loss. It is therefore necessary that the nodes know how to independently select the most suitable technology and path. To this end, we offer a dynamic and adaptative routing protocol suitable for multitechnology networks. It allows nodes to select the best routes and technologies, depending on their situation and needs. It takes into account several criteria during the selection thanks to a multi-attribute decision method. However, this method presents a significant computational complexity as well as problematic rank reversals. We have therefore devised a new selection method optimized for wireless sensor networks. Also, the convergence of communications can distribute the workload and the energy consumption unevenly. We therefore present a data prediction method allowing nodes to transmit only a fraction of the measurements. In order to assess the performance and relevance of our approach, we have implemented our proposals on Pycom FiPy modules. These nodes have several technologies, allowing us to prove the feasibility of our approach by designing a prototype of a multitechnology network. The experimental results show an increase in the flexibility of the network and an automatic technological adaptability, thus improving the battery life of the nodes.Les réseaux informatiques sans fil font aujourd'hui partie intégrante de notre quotidien. En particulier, les réseaux de capteurs sans fil sont couramment utilisés pour surveiller divers phénomènes. Les capteurs, ou nœuds, collectent et partagent diverses données de façon autonome. Nous nous intéressons particulièrement à l'agriculture connectée, qui offre une assistance aux agriculteurs. Surveiller la météo permet par exemple de se prémunir contre le gel et de prévoir l'apparition de nuisibles. Les nœuds doivent cependant limiter leur consommation électrique afin de prolonger l'autonomie de leur batterie. Plusieurs contraintes sont également liées à la technologie utilisée pour communiquer : portée, couverture, débit, etc. Ainsi, le choix de la technologie de communication complexifie la conception et le déploiement des réseaux de capteurs sans fil.Ne serait-il donc pas envisageable de concevoir des réseaux multitechnologies ? Les nœuds disposeraient de plusieurs technologies et seraient ainsi capables de choisir laquelle utiliser. Le réseau gagnerait en flexibilité, couverture et résilience face aux pannes et autres imprévus. Les nœuds devraient cependant considérer l'utilisation de différentes technologies pour chacun des nœuds de leur voisinage. Aussi, différents nœuds pourraient être dédiés à différentes utilisations, variant ainsi les besoins de communication. Par exemple, des flux de données de surveillance et d'alarme n'ont pas les mêmes caractéristiques : les données de surveillance sont émises fréquemment et à intervalles réguliers, tandis que les données d'alarme sont exceptionnelles et urgentes, ne tolérant ni délai ni pertes. Il est donc nécessaire que les nœuds sachent sélectionner de façon autonome la technologie et le chemin les plus adaptés.À cette fin, nous proposons un protocole de routage dynamique et adaptatif pour les réseaux multitechnologies. Il permet aux nœuds de sélectionner les meilleures routes et technologies, en fonction de leur situation et de leurs besoins. Il prend en compte plusieurs critères lors de la sélection grâce à une méthode de décision multiattributs. Mais cette méthode présente une importante complexité calculatoire ainsi que des inversions de rang. Nous avons donc conçu une nouvelle méthode de sélection, optimisée pour les réseaux de capteurs sans fil. Aussi, la convergence des communications peut distribuer la charge de travail et la consommation énergétique de façon inégale. Nous présentons donc une méthode de prédiction des données permettant aux nœuds de ne transmettre qu'une fraction des mesures. Afin d'évaluer la performance et la pertinence de nos propositions, nous les avons implémentées sur des modules FiPy de Pycom. Ces nœuds possèdent plusieurs technologies, nous permettant ainsi de prouver la faisabilité de notre approche par la conception d'un prototype de réseau multitechnologie. Les résultats expérimentaux montrent un accroissement de la flexibilité du réseau et une adaptabilité technologique automatique, améliorant ainsi l'autonomie énergétique des nœuds