A.2.1 D´eveloppement d’applications informatiques pour les R&T
Module de d´eveloppement de protocoles de communication sans fil de niveau 2 (MAC-LLC) et 3 (Rou-tage) pour les ´etudiants de seconde ann´ee DUT R&T dans le cadre du module 4207C. Module mont´e avec Thierry Val en 2015.
Dans ce module, l’enseignement se pratique en TD-TP, o`u les ´etudiants sont charg´es d’impl´ementer progressivement deux protocoles :
- Un protocole de niveau L2 de type DATA+ACK, avec impl´ementation de la MAC, des retransmissions, de l’adressage et de la d´etection d’erreur,
- Un protocole de niveau L3 permettant un routage par inondation.
Le d´eveloppement est fait progressivement, sous forme de Sprints Agiles fonctionnalit´e par fonction-nalit´e. Pour le protocole L3 par exemple, la premi`ere ´etape consiste d’abord `a impl´ementer une premi`ere version entraˆınant une tempˆete de broadcast, puis `a ajouter, petit-`a-petit, les diff´erents filtres (adresse source, num´ero de s´equence, etc.) permettant d’arriver `a une version utilisable du protocole.
Cette activit´e p´edagogique a ´et´e pr´esent´ee lors de l’assembl´ee des chefs de D´epartement R&T et a fait l’objet d’une publication [106] au Workshop P´edagogique R´eseaux et T´el´ecoms (WPR&T) organis´e par les d´epartements R&T d’IUT.
A.2.2 Initiation `a l’Informatique Embarqu´ee
Module d’introduction `a l’embarqu´e, destin´e aux ´etudiants de seconde ann´ee de DUT Informatique. Utilisation du TeensyWiNo comme mat´eriel pour les TP d’introduction aux MCUs, d´eveloppement d’al-gorithmes de traitement des donn´ees de capteurs et communication sans fil par utilisation du transceiver RFM22b. Module mont´e avec R´emi Boulle en 2015.
L’objectif de ce module est de confronter les ´etudiants aux difficult´es du d´eveloppement embarqu´e. Pour les illustrer, nous avons propos´e plusieurs d´eveloppements orient´es RCSF/IoT :
- Impl´ementation d’une L2 simple (adressage et acquittement) via une MEF,
- Impl´ementation d’un protocole d’´echange avec une infrastructure LoRa-like d´eploy´ee sur l’IUT. L’usage des microcontrˆoleurs ´etant assez aust`ere pour les ´etudiants du d´epartement Informatique, nous avons choisi d’orienter quelques travaux pratiques sur l’IoT, afin de mettre les ´etudiants dans une situation concr`ete. Pour ce faire, nous avons d´evelopp´e, avec Nicolas Gonzalez, une infrastructure de collecte constitu´ee de passerelles physique (Raspberry Pi et Chistera Pi), d’un bus MQTT et de plusieurs scripts python. Dans ces TP, les ´etudiants sont charg´es de d´evelopper le code g´en´erant les messages sur le TeensyWiNo en respectant les protocoles propri´etaires document´es sur [107]. Une fois le message ´emis par le WiNo, il est re¸cu (ou non) par une ou plusieurs passerelles du r´eseau et transmis sur un bus MQTT. Sur ce bus sont connect´es plusieurs agents (cod´es en python) charg´es d’interpr´eter chaque niveau protocolaire des messages re¸cus par l’infrastructure, republiant sur le bus apr`es chaque d´ecodage : le bus ´
etant accessible en lecture aux ´etudiants, le d´ecodage du protocole peut-ˆetre suivi en direct, voire intercept´e pour un traitement diff´erent ! La figure A.2 illustre cette infrastructure IoT d´evelopp´ee et d´eploy´ee sur
l’IUT de Blagnac. La figureA.3 permet de visualiser les diff´erents messages v´ehicul´es sur le bus MQTT pour une information de luminosit´e ´emise par le TeensyWiNo d’adresse 175 et re¸cue par la passerelle 145 ; on y retrouve, en couleur, les points d’´echanges interm´ediaires jaune, vert et bleu de la figure A.2. La couche influxdb, en blanc sur la trace de la figureA.3, est la sortie de la couche application avant stockage dans la base de donn´ees.
Figure A.2 – Architecture r´eseau iot.iut-blagnac.fr
Figure A.3 – Trace MQTT sur une donn´ee de luminosit´e ´emise par le TeensyWiNo 175
A.2.3 MOOC/SPOC Objets Connect´es
D´eclinaison sous forme d’un MOOC et d’un SPOC du module D´eveloppement d’applications infor-matiques pour les R&T pr´esent´e ci-dessus.
Dans le cadre de la Formation Continue de l’IUT A de Toulouse, nous avons ´et´e invit´e `a participer `a la cr´eation d’un module de formation de type MOOC/SPOC sur les objets connect´es, sur un appel IDEX, plus pr´ecis´ement sur les aspects protocoles pour les OC. Nous avons propos´e d’y contribuer sur la base du module r´ealis´e en R&T, incluant des travaux pratiques r´ealisables `a distance via le testbed pr´esent sur le site de l’IUT de Blagnac.
A.2.4 Protocoles de synchronisation (M2IOT UT/INSA/N7)
Module de d´eveloppement de protocoles de synchronisation fine et synchronisation MAC pour les ´
etudiants de M2-IoT de l’Universit´e de Toulouse et des ´etudiants de troisi`eme ann´ee du d´epartement TR de l’ENSEEIHT (Toulouse). Module mont´e avec Katia Jaffres-Runser en 2018.
Suite `a notre collaboration avec Katia Jaffres-Runser, MCF au d´epartement TR de l’ENSEEIHT, sur le projet GUINNESS (cf. §2.3.4), nous avons cr´e´e un module de formation o`u les ´etudiants sont charg´es d’impl´ementer des protocoles de synchronisation MAC et synchronisation fine, dans le but de les sensibiliser aux probl´ematiques de synchronisation dans les r´eseaux sans fil. Les TP sont r´ealis´es avec le DecaWiNo, ce qui permet ´egalement aux ´etudiants de manipuler une couche physique UWB.
L`a encore, le d´eveloppement est fait progressivement, sous forme de Sprints Agiles fonctionnalit´e par fonctionnalit´e.
R´esum´e/abstract
R´esum´e : Alors que le domaine des r´eseaux sans fil (R´eseaux de Capteurs Sans Fil, r´eseau de col-lecte de l’Internet des Objets) connaˆıt un nouveau bouleversement de part les nombreuses technologies ´
emergentes (Ultra-Narrow Band, Ultra-Wide Band...), la recherche en R´eseaux et Protocoles s’ouvre `a de nouvelles m´ethodologies et se donne de nouveaux objectifs. L’analyse de performances par maquet-tage/testbed est d´esormais une pratique r´epandue, qui peut g´en´erer des r´esultats tr`es pertinents si elle est pratiqu´ee convenablement ; de nouveaux challenges, comme la localisation des nœuds mobiles directe-ment par l’empiledirecte-ment protocolaire, peuvent ´egalement ˆetre envisag´es. Les travaux de recherche pr´esent´es dans cette HDR portent d’une part sur les couches d’acc`es au m´edium (protocoles MAC `a rendez-vous, ´
economie d’´energie, synchronisation, d´eterminisme d’acc`es au m´edium) et d’autre part sur les protocoles de Ranging , qui permettent de fournir des informations de distance entre nœuds sans fil par mesure du temps de vol radio, permettant de les localiser. Une des particularit´es de ces travaux est de toujours envisager une ´evaluation des performances des protocoles propos´es par prototypage r´eel C’est ainsi que plusieurs outils mat´eriels et logiciels ont ´et´e d´evelopp´es pour r´ealiser les ´etudes de performances dans des conditions ad´equates (maˆıtrise de l’environnement de test, reproductibilit´e), jusqu’`a une instanciation de certains de ces travaux sur des cas d’usage r´eels, dans le contexte des habitats intelligents.
Abstract : We are currently witnessing a major upheaval in the scientific field of Wireless Networks (Wireless Sensor Networks, Device-Layer of the Internet of Things) due to the many emerging communi-cation technologies (Ultra-Narrow Band, Ultra-Wide Band...). The scientific community is opening up to new methodologies and is setting new objectives. Testbeds are commonly used for performance analysis of the new networking protocols and can generate relevant results if the testbed is properly used. New challenges can also be considered - such as locating mobile nodes by the only use of the protocol stack. The research work presented in this HDR deals on the one hand with Medium Access Control protocols (MAC protocols based on rendez-vous, energy saving, synchronisation, deterministic MAC protocol) and on the other hand with Time-of-Flight-based ranging protocols, enabling the localisation of mobile wireless nodes. The present work has always been evaluated by actual prototyping/testbed. Thus several hardware and software tools were developed to carry out the performance studies under adequate conditions (test environment control, reproducibility) in order to obtain the best results. Moreover, a part of the work has been studied on real use cases in the context of smart homes.