Simulation and compiler support for communication and mobility for environment sensing

Simulation et support du compilateur pour la communication et la mobilité pour la surveillance de I'environnement

Tuyen Phong Truong (1)

1 Lab-STICC - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance

Long-range radio transmissions open new sensor application fields, in particular for environment monitoring. For example, the LoRa radio protocol enables to connect remote sensors at distance as long as ten kilometers in a line-of-sight. However, the large area covered also brings several difficulties, such as the placement of sensing devices in regard to topology in geography, or the variability of communication latency. Sensing the environment also carries constraints related to the inlerest of sensing points in relation with a physical phenomenon. Thus criteria for designs are evolving a lot from the existing methods, especially in complex terrains. This thesis describes simulation techniques based on geography analysis to compute long-range radio coverages and radio characteristics in these situations. As radio propagation is just a particular case of physical phenomena, it is shown how a unified approach also allows to characterize the behavior of potential physical risks. The case of heavy rainfall and flooding is investigated. Geography analysis is achieved using segmentation tools to produce cellular systems which are in turn translated into code for high-þerformance computations. The thesis provides results from practical complex terrain experiments using LoRa which confirm the accuracy of the simulation, and scheduling characteristics for sample networks. Performance tables are produced for these simulations on current Graphics Processing Units (GPUs).

Les transmissions radio à longue portée et basse énergie ouvrent de nouveaux champs d'application pour les capteurs, en particulier pour la surveillance de l'environnement. Le protocole radio LoRa permet, par exemple, de connecter des capteurs à une distance pouvant aller jusqu'à dix kilomètres en ligne de visée. Cependant, la grande surface couverte amène plusieurs difficultés, telles que le placement spatial en regard de la topologie géographique, ou la variabilité de la latence des communications. Le positionnement dans I'environnement comporte également des contraintes liées à I'intérêt des points de mesure du phénomène physique. Les critères de conception de ces réseaux tranchent donc avec les méthodes existantes (disques) quand on s'attaque aux terrains complexes. Cette thèse décrit des techniques de simulation basées sur I'analyse géographique cellulaire pour calculer les couvertures radio à longue portée et déduire les caractéristiques radios dans ces situations. Comme la propagation radio n'est qu'un cas particulier de phénomènes physiques, on montre qu'une approche unifiée cellulaire permet de caractériser beaucoup de comportements physiques potentiels. Le cas des fortes pluies et des inondations est étudié. L'analyse de la géographie est réalisée en utilisant des outils de segmentation pour produire des systèmes cellulaires qui sont à leur tour traduits en code pour des calculs de haute performance. La thèse fournit des résultats d'expériences de terrain complexes pratiques en utilisant LoRa, permettant de qualifier l'exactitude de la simulation des couvertures, et les caractéristiques d'ordonnancement des communications. Nous produisons des tables de performance pour les simulations sur les unités de traitement graphique (GPUs) qui montrent que le choix d'une algorithmique parallèle est pertinent sur ces problèmes.

Mots clés: Cellular automata; Cornplex terrain; LoRa; Parallel physical simulation; Radio signal propagation

Mots clés: Automates cellulaires; Terrain complexe; LoRa; Simulation physique parallèle; Propagation de signaux radio

Domaines: Autre [cs.OH]

Tuyen Phong Truong. Simulation and compiler support for communication and mobility for environment sensing. Other [cs.OH]. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2018. English. ⟨NNT : 2018BRES0048⟩. ⟨tel-01940199⟩