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Theses Year : 2018

Data Communication Algorithms for Emerging Wearable and Urban Sensing Networks

Algorithmes de communications de données pour les réseaux sans fils mobiles et les réseaux de capteurs en zone urbaines

Dhafer Ben Arbia
  • Function : Author
  • PersonId : 1023877

Abstract

Emerging wearable wireless networks (WWNs) are evolving along with the ubiquitous technologies and standards. WWNs are not only used for health-care monitoring, but also in smart home and energy technologies, personal and public security, traffic and transport, environment sensing and industrial controlling. With the recent advances in Industrial Internet-of-Things (IIoT) and Big Data, WWNs have become a key enabling technology to complete the automation chain through which data is collected, transmitted, recorded and analyzed. Moreover, WWNs have been seen as an efficient candidate to substitute wireless networks when networking infrastructures are missing. Obviously, during a disaster, the wireless infrastructure networks are either damaged or over-saturated, however, rescue operations communications must rely on a reliable tactical deployable networks to cover the operations area. To that end, the WWNs could play a key role in establishing a tactical disaster relief wireless network. The established network grants disaster relief operations monitoring (i.e., deployed rescue teams and victims vital signs, air intoxication, ambient temperature, etc.). It enables also remote operations assistance from distant command center (CC) to the deployed rescuing forces (i.e., medical teams, military, police, firefighters, etc.). In this context, an efficient routing approach is important to grant data communication from CC and deployed rescue teams and vice-versa. The scope of this thesis is to address this concern with regards to the disaster relief missions operational and technical requirements. This thesis aims at: First, to study the state-of-the-art of the data communication algorithms in WWNs. Second, to implement and evaluate the existing approaches in order to conclude their limitations for this context. Third, to propose a new communication approach specifically designed for harsh environment and disaster relief operations. Fourth, to evaluate the proposed approach and compare its behavior to the existing routing approaches and validate it by simulation. Finally, to implement the new proposal on real devices as a proof of concept to validate it on a real test-bed within realistic conditions. This thesis was a part of the CROW2 project conducted by Qatar Mobility Innovations Center and the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) - Laboratory of Electronics and Information Technology (LETI), over more than three years in order to propose a complete disaster relief reliable communication solution.
Actuellement, les technologies sans fils mobiles portables (Wearable Wireless Networks) font désormais partie intégrante de notre vie quotidienne, leur utilité est indissociable pour l’intérêt pratique, ludique et technologique. Cette technologie vise à offrir une efficacité accrue dans de différents domaines (i.e., domotique, e-santé, militaire, aéronautique, etc.), tout en remontant un tas infini de données au cloud. Dans ce contexte, les nouvelles tendances technologiques mobiles évoluent dans le cadre du concept de l’Internet des Objets (Internet-of-Things), de l’automatisations et robotiques, du deep learning et du big data. Les réseaux sans fils mobiles portables englobent les réseaux de capteurs en zones urbaines, et sont notamment complémentaires aux réseaux de véhicules à véhicules, et des réseaux intelligents (smart-grids), etc. Lors d'une catastrophe d’origine naturelle ou humaine, les réseaux d’infrastructures risquent de ne plus assurer leurs fonctions et sont soit endommagés soit sursaturés, ce qui perturbe et/ou omet la communication entre les différents acteurs des opérations de recherches et de secours. Ainsi, la communication doit s'appuyer sur des réseaux tactiques déployables à tout moment, partout tout en étant fiables en couvrant la totalité des zones d’opérations. Ce mémoire de thèse vise à proposer une approche protocolaire pour soulever ce challenge. La première partie du mémoire de cette thèse présente un état de l'art des algorithmes de communication de données dans les réseaux sans fils mobiles portables. La seconde partie, présente une nouvelle approche de routage spécifique conçue pour les réseaux sans fils mobiles portables pour assurer la communication sans-fils ad hoc pendant les opérations de secours en cas de catastrophe. La troisième partie présente trois contributions basées sur l'évaluation de l'approche proposée, la comparaison de son comportement aux approches de routage existantes et la validation par la simulation. Enfin, le déploiement de la nouvelle approche proposée sur une plateforme réelle et son intégration avec une plateforme d’Internet des Objets comme preuve de concept. Puis l’implémentation est validée dans des conditions réalistes à travers des expérimentations intégrant différents dispositifs mobiles (i.e., Raspeberry Pi, Mobiles Samsung, etc.) et en utilisant des capteurs industriels et d’autres conçues pour la cause. Cette thèse s’inscrit dans un projet de recherches nommé CROW2 mené sur plus de trois ans par le Qatar Mobility Innovations Center (QMIC [Qatar]) et le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives – Laboratoire d’électronique des technologies de l‘information (CEA-Leti [Grenoble-France]) visant à proposer un système de communication sans fils mobile fiable et complet pour les réseaux tactiques déployés en cas de désastre.
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Dates and versions

tel-01817092 , version 1 (16-06-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01817092 , version 1

Cite

Dhafer Ben Arbia. Data Communication Algorithms for Emerging Wearable and Urban Sensing Networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Ecole Polytechnique de Tunisie, 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01817092⟩
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