UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL NGUYỄN QUANG DUY MULTI-DOMICILIATION DANS L'INTERNET DES OBJETS MÔ HÌNH ĐA MẠNG CHỦ TRONG « INTERNET KẾT NỐI VẠN VẬT » MÉMOIRE DE FIN D'ÉTUDE DU MASTER INFORMATIQUE Hanoï – 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL NGUYỄN QUANG DUY MULTI-DOMICILIATION DANS L'INTERNET DES OBJETS MÔ HÌNH ĐA MẠNG CHỦ TRONG « INTERNET KẾT NỐI VẠN VẬT » Spécialité : Réseaux et Systèmes communicants Code : Programme pilote MÉMOIRE DE FIN D'ÉTUDE DU MASTER INFORMATIQUE Sous la direction de : Dr. Julien MONTAVONT MCF, Université de Strasbourg Hanoï – 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ATTESTATION SUR L’HONNEUR J’atteste sur l’honneur que ce mémoire a été réalisé par moi-même et que les données et les résultats qui y sont présentés sont exacts et n’ont jamais été publiés ailleurs. La source des informations citées dans ce mémoire a été bien précisée. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Signature de l'étudiant : NGUYEN Quang Duy i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Au laboratoire ICube, où j'ai réalisé mon stage : Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à mon encadrant de stage, Monsieur Julien MONTAVONT, pour la soutien, l'aide, l'orientation, la guidance qu'il m'a apportées durant mon stage, ainsi que tout au long de la réalisation de cette mémoire. Sans lui, cette mémoire n'aurait jamais vu le jour.
Je tiens ensuite à remercier le directeur de l'équipe Réseaux du laboratoire ICube, Monsieur Thomas NOËL, pour m'avoir donné cette occasion de stage. J'adresse aussi mes remerciements à tous les professeurs, les doctorants, les stagiaires de l'équipe Réseaux et la personnel au laboratoire ICube pour vos accueilles et vos gentillesses pendant ma durée de stage. À l'Institut Francophone International (IFI), où je fais mes études de Master : Je souhaite exprimer ma sincère gratitude à tous mes professeurs de l’Institut Francophone International, qui m'ont si bien enseigné, soutenu et encouragé à accomplir jusqu'ici toutes les étapes de ma formation. Je réserve spécialement mes sincères remerciements aux Messieurs NGUYEN Hong Quang et HO Tuong Vinh, les responsables des études à l'IFI, pour leurs enthousiasme, support et responsabilité.
Enfin, je remercie tous mes amis, les secrétaires et la personnel à l'Institut Francophone International pour la compagnon, la confiance et l'aide pendant tout au long de mes trois ans des études à l'IFI. ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résumé Internet des Objets est un scénario où les objets physiques qui sont munis de capteurs et/ou d'actionneurs peuvent collecter et s'échanger d'informations depuis l'environnement, ainsi d'être capable d'accéder à l'internet. Les réseaux locales dans l'internet des objets ne peuvent pas utiliser les protocoles de routage classiques de la pile TCP/IP à cause des limitations imposées des dispositifs de capteurs embarqués. RPL est un protocole de routage IPv6 à vecteur de distance pour les réseaux à basse puissance et avec perte (LLN), qui peut répondre à cette problématique.
Par contre dans le protocole RPL, il n'y a généralement qu'une racine et donc qu'un routeur de bordure qui connecte aux autres réseaux. Pour cette raison, lorsque le nombre de nœuds dans le réseau augmente, cette racine risque d'être surchargée. Deuxième nouvelle problématique posée, si jamais cette racine tombe en panne, tout le réseau d'objets se retrouve déconnecté. Dans ce stage, nous avons utilisé la technique de multi-domiciliation dans l'internet des objets.
En outre, nous avons conçu une solution protocolaire « Syn-RPL » afin de répondre aux deux problématiques mentionnées (la surcharge et la panne du routeur de bordure) en utilisant un point de synchronisation et une racine virtuelle qui permet de synchroniser plusieurs routeurs de bordure dans un réseau locale. J'ai mis en place une campagne d'expérimentations avec trois phases de travail (phase de démarrage, phase de réparation du DODAG et phase de gestion de la panne d'un routeur de bordure) afin de mesurer les performances de ce protocole. Le modèle Syn-RPL réponde à deux problématiques proposées avec le grand taux de réussit. iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract Internet of Things (IoTs) is a scenario in which the physical objects embedded sensors and/or actuators collect and exchange the informations from the environment, and they can also accesse internet.
Local networks in IoTs can not use traditional routing protocols like thoses in TCP/IP stack because of the limitations of the embedded devices. RPL is a distance-vector routing protocol IPv6 designed for Low-power and Lossy Networks (LLN), which is adapted for the mentioned limitations. However in the RPL protocol, there is usually only one root/edge router which connects to other outsided networks. For this reason, when the number of nodes in the local network increases, the root may be overloaded.
Second problem found is when this root fails by some reason, the entire network of Things is also disconnected. In this thesis, we used the multi-homing technique in IoTs. Moreover, we designed a protocol which called "Syn-RPL" to meet the two mentioned problems (overload and failure of the edge router) using a synchronization point and a virtual root which allows to synchronize multiple edge routers in a local network. We have set up a plan of experiments with three different phases (starting phase, repairing phase of DODAG and management phase of the failure of an edge router) to measure the performance of this protocol.
The Syn-RPL model resolve the proposed problems with the high rate of success. iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table de matières Attestation sur l'honneur i Remerciements ii Résumé iii Abstract iv Liste de figures vii Liste des tableaux viii 1. Objectifs et contributions ……………………………………………… 3 1. Environnement de stage ……………………………………………….
Internet des Objets ……………………………………………………. Pile de protocoles dans l'Internet des Objets ………………………… 6 2. Réseaux de capteurs …………………………………………………. Multi-domiciliation dans l'Internet des Objets ……………………….
Multi puits de collecte dans les réseaux d'objets ……………………. 14 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Contribution pour la multi-domiciliation dans l'Internet des Objets 16 3. Approche de la multi-domiciliation dans l'internet des objets ………… 17 3.
Point de synchronisation ………………………………………………. Protocole Syn-RPL ……………………………………………………. Messages du protocole Syn-RPL ……………………………………. Phase de démarrage ………………………………………………….
Phase de réparation de DODAG ……………………………………. Arrivée d'un nouveau routeur lors d'une phase de réparation ………. Phase de gestion de panne du routeur de bordure …………………… 25 4. Expérimentation et analyse 26 4.
Phase de démarrage …………………………………………………. Phase de réparation du DODAG ……………………………………. Phase de gestion de panne d'un routeur de bordure …………………. Conclusion et perspectives 40 Annex A.
Installation de Contiki 42 Annex B. Installation et configuration de Foren6 43 Références 45 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Liste de figures 1.1 FIT/IoT-lab et quelques équipements utilisés ……………………………….1 Pile d'un modèle du réseau d'objets ………………………………………….2 Exemple d'un réseau de capteurs …………………………………………….3 Unicast adresses locale de lien et globale …………………………………… 9 2.4 Une exemple de la construction d'une adresse d'interface EUI-64 ………….5 En-tête IPv6 ………………………………………………………………….6 Scénario « chaque hôte connecte aux routeurs » …………………………….7 Deux approches de multi puits de collecte dans les réseaux d'objets ……….1 Multi-domiciliation dans le réseau d'objets avec m routeurs de bordure et n nœuds ……………………………………………………………………….2 Exemple d'un réseau d'objets avec la racine virtuelle ……………………….3 Démarrage des connexion entre PS et BRs ………………………………….4 Réparation d'un DODAG …………………………………………………….5 Connexion d'un nouveau routeur de bordure pendant une phase de réparation du DODAG associé ……………………………………………… 24 3.6 Traitement de panne du routeur de bordure ………………………………….3 Interface de foren6 ………………………………………………………….5 Comparaison entre RPL et Syn-RPL dans la phase de démarrage ………….6 Comparaison entre RPL et Syn-RPL dans la phase de réparation ………….7 Gestion de panne du routeur de bordure …………………………………….1 Fenêtre « Manage Sniffers » pour la configuration de renifleur dans foren6. 44 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Liste des tableaux 2.1 Messages du protocole RPL ………………………………………………….2 Informations dans table d'association ……………………………………….3 Messages du protocole synchronisé …………………………………………. 21 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Contexte Chapitre 1 Introduction J'ai effectué mon stage de Master 2 au sein de l'équipe de recherche Réseaux du laboratoire français des sciences de l'Ingénieur, de l'Informatique et de l'Imagerie (ICube). Motivé par les réseaux modernes et désiré d'être un chercheur dans l'avenir, j'ai choisi ce stage, un stage de recherche, qui me permettait de maîtriser des compétences dans ma formation, ainsi que d'être compatible avec mon orientation professionnelle. Le sujet de stage proposé portait sur la multi-domiciliation dans l'Internet des Objets (IdO, ou IoT pour « Internet of Things » en anglais). Globalement, l'internet des objets est un scénario où les objets physiques qui sont munis de capteurs et/ou d'actionneurs peuvent collecter et s'échanger d'informations depuis l'environnement, ainsi d'être capable d'accéder à l'internet.
Multi-domiciliation est une technique dans les réseaux informatiques, qui améliore la fiabilité de connectivité d'internet en utilisant au moins de deux réseaux d'informatique. En outre, j'ai conçu et mis en œuvre sur une plate- forme expérimentale un nouveau protocole qui permet d'offrir plusieurs passerelles à un même réseau d'objets. Ce manuscrit est organisé en cinq chapitres. Dans la suite de ce premier chapitre, je 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Contexte continue à présenter les informations globales du stage : les problématiques du sujet de stage, mes objectifs et contributions, l'environnement de stage, etc. Je poursuive l'état de l'art dans le deuxième chapitre en synthétisant les protocoles qui constituent la pile du réseau d'objets et en introduisant la technique de multi-domiciliation. Le troisième chapitre, le cœur de mon travail, est consacrée à présenter ma solution protocolaire afin de résoudre les problématiques posées. Le quatrième chapitre, j'expliquerai la campagne d'expérimentations sur une plat-forme de test proposée, puis analyserai les résultats obtenus.
Au final, conclut ce stage en présentant les perspectives de recherche de travail dans le cinquième chapitre. Problématique Dans l'internet des objets, une grande nombre des objets physiques se connectent et sont capable d'accéder à l'internet global. Ces nœuds sont généralement munis de capteurs (capteurs de sonore, de vibrations, de luminosité, etc.) et/ou d’actionneurs afin de surveiller ou d’interagir avec leur environnement. Les informations collectées sont généralement envoyées de proche en proche vers un puits de collecte via une technologie de communication sans fils.
Un protocole de routage est donc nécessaire afin que chaque nœud puisse déterminer une route pour joindre le puits de collecte. Cependant, ces nœuds sont extrêmement contraintes en termes de capacité de calcul, de mémoire et d'énergie. Il n'est donc pas envisageable d'utiliser les protocoles de routage classiques de la pile TCP/IP tels que RIP ou OSPF car ces derniers s'avèrent relativement en ressources. RPL est un protocole de routage IPv6 à vecteur de distance pour les réseaux à basse puissance et avec perte (LLN), qui peut répondre à cette problématique.
Par contre dans RPL, il n'y a normalement qu'une racine et donc qu'un unique routeur de bordure avec les autres réseaux. Pour cette raison, tout le trafic montant (des nœuds vers internet) et descendant (d'internet vers les nœuds) passent par cette racine ce qui risque des créer des congestions. De plus, si jamais cette racine tombe en panne, tout le réseau d'objets se retrouve déconnecté. Pour palier ces problèmes, on peut ajouter plusieurs routeurs de bordure afin de multi-domicilier le réseau d'objets.
Motivation J'avais une grande motivation vis-à-vis de ce stage. Avant tout, le sujet de stage porte sur l'internet des objets, qui est mon domaine préféré. Ensuite, j'avais de l'occasion 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Contexte d’entraîner mes compétences au sein d'une telle environnement de recherche professionnel, l'équipe Réseaux du laboratoire ICube, en réalisant ce stage.
En outre, je souhaite poursuivre en thèse de doctorat et devenir un chercheur d'informatique dans l'avenir.