Soutenance de thèse de Cédric BERENGER

Les microcontrôleurs, ces petits ordinateurs embarqués à bas coût, nous permettent aujourd’hui de voir grand. Leur faible consommation ainsi que leur équipement leur permettent d'interagir avec l'environnement, tout en nous communiquant leurs agissements via les ondes. Ainsi, pourquoi ne pas former un grand maillage, pour administrer et surveiller une maison, un complexe industriel, voir une ville entière ? Un tel passage à l'échelle s'avère difficile, et même si de nombreuses solutions existent déjà pour la gestion de réseaux maillés, les impératifs de robustesse et d'efficacité ont poussé à faire certains compromis, relayant la simplicité d'implémentation, la basse consommation ainsi que de l'idéal d'un réseau maillé aux communications entièrement pair à pair à un second plan. Dans cette thèse, nous contribuons à une solution alternative pour laquelle nous réalisons nos propres compromis : Nous cherchons une méthode minimaliste permettant de construire des réseaux maillées à grande échelle, autonomes en énergie et capable de s'auto-gérer sans coordinateur. Notre premier choix est celui du modèle de programmation. Nous voulons exécuter des applications distribuées en rondes synchrones, à la manière d'un automate cellulaire. La mise en place d'un tel modèle en pratique nous a mené à nous intéresser à la problématique de la synchronisation : deux nœuds ne vont jamais à la même vitesse, provoquant un écart qui se creuse avec le temps, or nous avons besoin de garder localement les nœuds en phase les uns avec les autres. Nous proposons un algorithme de synchronisation minimaliste, permettant d'établir des rondes d'exécution synchrones. La nature partagée et la sensibilité du médium sans-fil aux perturbations ne permet pas une utilisation directe de notre algorithme de synchronisation dans un réseau sans-fil. Ainsi, nous proposons dans un second temps un protocole qui fourni le cadre frugal à la synchronisation de nœuds sans-fils. Après avoir établi le contexte nécessaire à l'exécution d'algorithmes synchrones, nous avons voulu simplifier le déploiement d'un tel réseau en géolocalisant les nœuds. Nous avons mis au point une technique permettant de mesurer précisément la distance entre deux voisins, en exploitant le délai de propagation des ondes ainsi que les infimes différences de fréquences entre leurs horloges. Finalement, nous avons considéré la possibilité d'une interface centralisé vers distribué permettant la diffusion d'un flux de données via de multiples points d'entrée.

Microcontrollers are small and cheap embedded computers that can make great things. With low power consumption, they are equipped to interact with the environment and give us feedback using radio waves. With such abilities, we could build a giant mesh network, to monitor a house, an industrial facility, or event a whole city. However, scalability of such meshed networks is a complex topic, and numerous existing solutions for managing meshed network, submitted to robustness and performance constraints, make compromises. Solutions with low power consumption, supporting meshed topologies and using peer to peer communications, are both hard to find and not easy to implement. In this PhD thesis, we contribute to an alternative solution following our own compromises. We propose a minimalistic method to build scalable meshed networks of energy-autonomous nodes, able to self-organization without central coordination. We first choose a programming model. We run distributed applications using synchronous rounds, just as cellular automata. To put such a model in practice, we discuss the synchronization topic: two nodes never run at the same exact speed, so there is an increasing skew between clock values in time. But, we need to keep neighbouring nodes in phase with each others. We give a minimalistic synchronization algorithm to set synchronous execution rounds. The shared nature of the wireless communication medium and its sensitivity to electromagnetic disturbances make it unsuitable for our synchronization algorithm without adjustments. Thus, we present a protocol giving a necessary frugal framework to let our synchronization algorithm work on wireless nodes. Once we are able to run synchronous algorithms on nodes, we aim at simplifying the deployment of such networks by adding geolocation with software techniques. We take advantage of tiny differences in nodes' clock speeds in order to measure precisely propagation delays of radio waves exchanged by neighbours. Finally, we consider a way to interface centralized systems with our distributed networks allowing to broadcast data streams using several entry points.