Thing-to-thing context-awareness at the edge
Interactions objet-à-objet sensibles au contexte en bordure des réseaux
Résumé
Internet of Things IoT (IoT) today comprises a plethora of different sensors and diverse connected objects, constantly collecting and sharing heterogeneous sensory data from their environment. This enables the emergence of new applications exploiting the collected data towards facilitating citizens lifestyle. These IoT applications are made context-aware thanks to data collected about user's context, to adapt their behavior autonomously without human intervention. In this Thesis, we propose a novel paradigm that concern Machine to Machine (M2M)/Thing To Thing (T2T) interactions to be aware of each other context named \T2T context-awareness at the edge", it brings conventional context-awareness from the application front end to the application back-end. More precisely, we propose to empower IoT devices with intelligence, allowing them to understand their environment and adapt their behaviors based on, and even act upon, the information captured by the neighboringdevices around, thus creating a collective intelligence. The first challenge we face in order to make IoT devices context-aware is (i) How can we extract such information without deploying any dedicated resources for this task? To do so we propose in our first work a context reasoner [1] based a cooperation among IoT devices located in the same surrounding. Such cooperation aims at mutually exchange data about each other context. To enable IoT devices to see, hear, and smell the physical world for themselves, we need firstly to make them connected to share their observations. For a mobile and energy- constrained device, the second challenge we face is (ii) How to discover as much neighbors as possible in its vicinity while preserving its energy resource? We propose Welcome [2] a Low latency and Energy efficient neighbor discovery scheme that is based on a single-delegate election method. Finally, a Publish-Subscribe that take into account the context at the edge of IoT devices, can greatly reduce the overhead and save the energy by avoiding unnecessary transmission of data that doesn't match application requirements. However, if not thought about properly building such T2T context-awareness could imply an overload of subscriptions to meet context-estimation needs. So our third contribution is (iii) How to make IoT devices context-aware while saving energy. To answer this, We propose an Energy efficient and context-aware Publish-Subscribe [3] that strike a balance between energy-consumption due to context estimation and energy-saving due to context-based filtering near to data sources.
L'Internet des objets (IdO) comprend aujourd'hui une riche offre d'objets connectés, qui permettent de collecter et de partager en continu des données hétérogènes se rapportant à leurs environnements. Ceci a permis l'émergence d'un nouveau type d'applications, qui sont basées sur ces données et permettent de faciliter la vie des citoyens. Ces applications de l'Internet des objets sont dites « sensibles au contexte ». Grâce aux données collectées sur le contexte de l'utilisateur, elles sont en mesure d'adapter leur comportement de manière autonome, sans intervention humaine. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau paradigme autour des interactions objet-à-objet, nommé « Interactions objet-à-objet pour la sensibilité au contexte en bordure de réseaux ». Ce dernier, permet de tenir compte d'un nouveau type de contexte, paradoxalement à la notion conventionnelle de « sensibilité au contexte » qui se limite au contexte de l’utilisateur d’une application. Ainsi nous proposons de nous intéresser pour la première fois au contexte des objets en tant que composante même de l’application. Cette thèse vise à doter les objets connectés d’un certain degré d'intelligence, leur permettant de comprendre leur propre environnement et d’en tenir compte dans leurs interactions objet-à-objet. Les contributions majeures de cette thèse se focalisent sur deux modules principaux. Nous proposons, dans un premier temps, un module d’identification de contextes capable de capter les contextes des objets mobiles et de délivrer ce genre d’information de contexte de façon exacte et continue. Sur la base de cette information de contexte assurée par le premier module, nous proposons un deuxième module de collecte de données sensible aux contextes de déploiement des objets connectés. Afin que ceci soit possible, de nombreux verrous restent à lever. Concernant le premier module d’identification de contexte, le premier défi rencontré afin de permettre aux objets connectés de devenir sensibles au contexte est (i) Comment peut-on assurer une identification de contexte exacte pour des objets déployés dans des environnements incontrôlables ? Pour ce faire, nous proposons dans notre premier travail un raisonneur dédié à l'apprentissage et le raisonnement sur le contexte [1]. Le raisonneur proposé est fondé sur une stratégie coopérative entre les différents dispositifs IdO d'un même voisinage. Cette coopération vise à un échange mutuel des données parmi les ressources disponibles d'un même voisinage. La deuxième problématique rencontrée est (ii) Comment peut-on assurer une identification de contexte continue pour des nœuds mobiles appartenant à des réseaux opportunistes ? Nous devons tout d'abord leur permettre de découvrir un maximum de voisins afin d'établir un échange avec. Afin de répondre à cette deuxième problématique nous proposons WELCOME un protocole de découverte des voisinages éco énergétique et à faible latence [2] qui permettra de diminuer considérablement les collisions sur la base d’une découverte de voisinage à faible coût en termes de latence et d’énergie. La troisième problématique, se rapportant au module de collecte de données sensible au contexte, est (iii) Comment peut-on assurer une collecte efficace et précise sur la base du contexte physique de déploiement des capteurs. En effet, d’une part tenir compte de l’information de contexte des capteurs, permet d'éviter toutes transmissions inutiles ou redondante de données. D’autre part, la contextualisation des données implique un partage et donc des transmissions de messages. La question ici (iii) Comment peut-on contextualiser au mieux le plus grand nombre d'objets connectés tout en préservant au mieux leurs ressources énergétiques. Afin de répondre à cette question, nous proposons un Publish-Subscribe à la fois sensible au contexte et éco énergétique basé sur un jeu coalitionnel dynamique qui permet de résoudre ces conflits d’intérêts entre les sources dans un réseau.
Mots clés
Internet of Things (IoT)
IoT Applications
Services
Quality of context
Quality of service
Context-awareness
Machine learning
Condiotional Random Field
Neighbir Discovery
Publish-Subscribe
Mobility
Energy Efficiency
Low Latency
Wireless sensor networks (WSN)
Game Theory
Dynamic Coalitional Games
Internet des Objets (IdO)
IdO Applications
Services
Qualité de contexte
Qualité de service
Sensibilisation au Contexte
Apprentissage Machine
Les Champs Aléatoires conditionnels
Découverte de voisinage
Publish-Subscribe
Mobilité
Efficacité énergétique
Faible latence
Réseau de capteurs
Théorie de jeux
Jeux Coalitionnels Dynamiques
Domaines
Autre [cs.OH]
Origine : Version validée par le jury (STAR)