l’Insittute de la Francophonie pour l’Informatique Rapport de stage - Master 2 Réseaux et Système Communication Désigné, dévelopement et évaluation les performances d’un système l’autonome de réseaux capteurs sans fil pour la surveilance de l’environnement Etudiant: Supervisor: La Thanh Tam M. Han Mingding March 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Je souhaite tout d’abord remercier mon encadrant de stage, monsieur Han Mingding, pour m’avoir accueilli dans l’équipe, pour son soutien tout au long du stage, sa disponi- bilité, et ses conseils nombreux et éclairés. Merci également à Ma Xiaoping pour m’avoir aidé à me familiariser avec l’environ- nement de développement à I2R, mais surtout pour sa gentillesse et son implication dans mon stage. Un grand merci à Brian et Alvin pour leurs conseils dans des nombreux problèmes de technique.
Enfin, merci à tous les mebres de SNS pour la gentillesse de m’aider à familier avec le nouvel environnement de travail et le nouveau pays. i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résume Ce travail vise à élaborer un ensemble de capteurs sans fil pour recueillir le signal de luminance de l’environnement. Ce système sera attaché à la voiture ou en bus voyage autour de la ville et envoyer les données recueillies sur le serveur par la connexion 3G / 4G en temps réel. L’analyse des données recueillies peut aider à donner un plan pour le système de lumière maintenir, l’économie d’énergie ou d’assurer la sécurité.
Le système va gérer les données basée sur les signaux des capteurs de lumière qui in- diquent l’état de brillant, Unité de Mesure Inertielle(Inertial Measurement Unit) avec la comination d’accéléromètres, gyroscopes, magnétomètres et un GPS pour donner la potition et l’heure de ces données, enfin une modem 3G avec la 3G SIM carte fournir une connexion à envoyer les données vers le serveur. Pour les transfert de données, nous avons conçu un contrôleur pour surveiller l’intensité du signal 3G et décider quand les données seraint envoiées. L’objectif de ce contrôleur est de sauver des ressources et de l’énergie tout en éviter la cause de réexpédition inutile de la mauvaise connexion. En fin, les résultats de l’expérimentation nous aideront à construire un ensemble de règles pour obtient un contrôleur plus ”intélligent”.
Dans ce projet, on utilise technologies de ”Message Queuing Telemetry Transport”, un protocole léger pour le réseau de capteurs sans fil et son utilisation dans le domaine de l’Internet des Objets (Internet of Things) - la future de l’Internet. Abstract This work aims to develop a wireless sensor package to collect the luminance signal from the environment. This package can be binded to the car or bus travel around the city and send the data collected to the server via 3G/4G connection in real time. The analysis from data collected can help to give a plan for light system maintain, saving energy or ensure a safe city, etc.
The package conducted data with the signals from the light sensors which show status of shiny, Inertial Measurement Unit combination of accelerometers, gyroscopes, magne- tometers and a GPS to give the location and time for these data, finally an 3G dongle with 3G simcard provide connection to send the data to server. For the data transferring, we have designed a controller to monitoring the 3G signal strength and decide whether to send data or not. The objective of this controller is saving resource and energy while avoid the unnecessary resending cause of the bad connection. In the end, results from experimentation will help us to build a set of rules for the intelligent controller LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Contents Acknowledgements i Résume ii Contents iii Liste des Figures v Liste des Tableaux vii Abbreviations viii 1 Introduction 1 1.2 Les exigences du projet .1 Internet des objets - la future de Internet .2 Les protocoles dans la domain IoT .1 Hypertext Transfer Protocol, un protocole bien connu .2 CoAP - Contrainte Application Protocol, le protocole pour le web des objets .3 Message Queuing Telemetry Transport .4 Quel est le meilleur protocole? .1 Matériel nécessaire .6 Logiciel et environnement de configuration .1 Configuration de l’environnement de développement .2 BeagleBone Black système configuration .7 Architecture du système .1 Noeud de capteur .8 Autres outils pour le développement .1 Git - gratuit et open source système de contrôle de ver- sion distribué.
27 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Contents iv 3.2 Trello - Outil pour garder trace de projet. 28 4 Expérimentation et analyse 30 4.10 Objectif expérimentation .11 Expérimental configuration .12 La collecte des données .13 Analyse du rendement .1 En comparant avec MQTT QoS0 DTN contrôle vs MQTT QdS1 .2 Délai en comparaison avec RTT. 38 5 Conclusion et perspectives 40 A Installer Archlinux dans BBB à partir de zéro 42 Bibliography 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com List of Figures 2.1 Protocole CoAP activer les services Web en intégrant à l’architecture Web et HTTP 2 .3 Un accès web demande l’utilisation de CoAP exemple à l’aide de ressources à distance via URI .4 Observer ressources dans CoAP.5 un message CoAP avec l’en-tête seulement 4 octets (en-tête, option, donnée). la source RFC 7252 .6 MQTT schéma, Publisher et abonné .7 Format d’un message MQTT .8 MQTT Qos = 0, un message sera envoyé au plus un fois .9 MQTT Qos = 1, un message sera envoyé au moins une fois .10 MQTT Qos = 2, un message sera envoyé exactement une fois .2 Capteur de lumière (BH1750) .3 Les capteurs de lumière sont répartis le long de la voiture .4 Inertial Measurement Unit (LSM303D) .5 Accéléromètre .6 Récepteur GPS (EM506) .8 Câbles et fils .9 USB modem avex 3G simcard fournir une connexion à Beagle Bone Black 16 3.10 Beagle Bone Black et des capteurs connexion via des fils .11 Architecture du système .12 Architecture du système .13 MBI file d’attente et base de données en attente .14 Perturbation tolérant le streaming de données de capteurs .15 Trello board pour LiteSense projet .16 Exemple d’un ”Card” dans Trello .1 Experiment avec deux noeud .2 L’expérimentation pour collecter les données .3 Comparison le nombre de messages envoyées en utilisant Qos .4 Comparison le nombre de messages envoyées en utilisant (i) QoS0 + DTN, et (ii) QoS1 .5 Comparison le taux de nombre de messages envoyées (i) QoS0 + DTN, against (ii) QoS1.
34 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Liste des figures vi 4.6 Comparison le délais en utilisant (i) QoS0 + DTN, against (ii) QoS1 .7 Message Livraison Délais avec temps pour QoS 0 .8 Message Livraison Délais avec temps pour QoS 1 .9 Message Retard de livraison en fonction du temps écoulé pour QoS 0 .10 Quelque messages peut être transférer dans un paquet TCP. 38 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com List of Tables 3.1 Fréquence de message (en seconde) génération pour les sujets dans la couche de données. 24 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abbreviations BBB BeagleBone Black Recv - Le matériel pricipale pour déployer le système DTN Disruption-Tolerant Networking - Réseaux Tolérants aux Perturbations MBI Message Broker Interface - L’interface pour les Messages de broker DAQ Data Acquisition Module - Module communique directment avec les capteurs MQTT Message Queuing Telemetry Transport IMU Inertial Measurement Unit - Unité pour Measurer l’Inertielle SNS Sense and Sense abilities I2R Institute for Infocomm Research IoT Internet of Things - Réseaux des Objets M2M Mobile To Mobile WSN Wireless Sensors Network viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chapter 1 Introduction 1.1 Introduction Mon stage a été éffectué au laboratoire ”Sense and Sens abilities” - Institute de Recherche pour Infocomm de Singapour. Le sujet est de partir des exigences de Cosmiqo 1 , une compagnie locale, qui a déployé des capteurs sur un véhicule système-attaché pour mesurer réverbère luminance la nuit.
Les données recueillies par une unité d’acquisition de données seraient stockées dans un ordinateur portable qui est manuellement ramené à leur administrateur pour les stockage et l’analyse. Les données sont stocquées dans des fichiers au format CSV (valeurs séparées par des virgules ), et manipulés manuellement pour l’analyse des données et la génération de rapports. Ce projet vise à améliorer le système existant avec transmission en temps réel de données de mesures de capteurs d’intensité lumineuse. Toutefois, compte tenu de la connectivité intermittente de cellulaire 3G / 4G dans les villes denses, la liaison sans fil peut parfois être supprimée, ce qui entraı̂ne la perte de packets.
L’objectif de la recherche de ce projet est de développer des protocoles réseaux tolérants aux perturbations qui s’adaptent aux changements dynamiques de la liaison de données, et également de mettre en place un mécanisme de mise en mémoire tampon de données pour stocker temporairement des données localement lorsque la connecxion est en bas.com 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Les exigences du projet A partir de la demande des clients, nous avons spécifiées pour le système: • Concevoir et mettre un nouveau noeud de capteur qui se compose des capteurs de la lumière. • Transfert les données de capteurs en temps réel avec perturbations tolérant. • Désigner le schème de mémoire tampon pour stoquer et envoyer les données en utilisant la qualité de la connection • Mettre en œuvre les stratégies ci-dessus dans le protocole de communication pour la diffusion de données Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire, dans un premier temps, d’acquérir une bonne (i)connaissance de l’Internet des objets (IoT) [2] une partie inportante dans notre projet. (ii) Une étude sur le protocole pour les transfert de données dans ce domaine donnera idée sur les difficultés et des défis pour le streaming en temps réel avec la perturbations tolérant.
(iii) Il est également indispensable d’examiner les exigences matérielles et logicielles pour donner un processus de développement, les problèmes et les solutions. (iiii) Enfin l’expérimentation montrera les performances du système. Résultat analyse aide à donner conclusion et perspective pour le projet. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chapter 2 Context 2.1 Internet des objets - la future de Internet Au cours des dernières années, l’Internet des objets (Internet of Things - IoT), est devenu le nouvel axe de recherche pour l’industrie et le milieu universitaire.
Aujourd’hui, Internet est non seulement un ensemble de l’ordinateur connecté en tant que définition dans 19th siècle. Il est la connecxion entre tous les objets (les objets physique, les téléphone portable et aussi l’humaine .) Ce terme est devenu plus populaire où l’Internet est relié aux mots physiques via le réseau de capteurs sans fil. Avec le développement des nouvelles technologies, les capteurs sont devenus plus petits, moins de consommation d’énergie et assez pas cher à utiliser largement dans la vie quotidienne. En général, les capteurs ont des caractéristiques communes, telles que les ressources sont limitées de puissance, la capacité limitée, minimale de l’interaction avec l’humaine, etc.
A cause des limitations, minimiser la coût des communications est une exigence l’importance, même avec le dévéloppement des technologies sans fils et 4G-LTE un système de communication efficaces est encore nécessaire. Sur cette section, nous allons concentrer sur la façon dont les périphériques communiquent, les défis de protocole IoT. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Les protocoles dans la domain IoT En IoT les objets peuvent communiquer avec les autres (D2D) ou recueillir des données et envoyé à l’infrastructure de serveur (D2S). Cette serveur infrastructure peut partager les données avec autre serveur (S2S), ou les objets pour analyser les données.
Comme le énorme nombre de objets augmenté par l’année, trouver un bon protocole pour le réseau est toujours un grand défi. Dans cette section, on va avoir une vue ensemble sur quelques protocole pour la com- munication entre les objets et serveur. L’analisation sur leurs point fortes et les points faibles pourrait nous donner une solution possible pour notre objet.