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Soutenance de thèse de M. Antoine BERNARD, "Contributions à la résolution de problèmes de performances et d’interopérabilité..."

L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris
et le Laboratoire de recherche SAMOVAR
présentent
l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Antoine BERNARD
Autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, préparé à Télécom SudParis en :
Informatique
« Contributions à la résolution de problèmes de performances et d’interopérabilité des réseaux IoT hétérogènes par l’utilisation du standard ouvert DNS et de services d’infrastructure »

le VENDREDI 26 NOVEMBRE 2021 à 14h00

Amphi 6
19 place Marguerite Perey 91120 Palaiseau France
Visio https://webconf.imt.fr/frontend/ant-rjh-1ha-i4c000000

Membres du jury :

M. Michel MAROT, Professeur, Télécom SudParis, FRANCE - Directeur de thèse
M. André-Luc BEYLOT, Full professor, École nationale supérieure d’électrotechnique, d’électronique, d’informatique, d’hydraulique et des télécommunications, FRANCE - Rapporteur
M. Laurent TOUTAIN, Professeur, École nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, FRANCE - Rapporteur
M. Sandoche BALAKRICHENAN, Docteur, Association Française pour le Nommage Internet en Coopération, FRANCE - Co-encadrant de thèse
M. Philippe COLA, Ingénieur, Bouygues Telecom, FRANCE - Examinateur
Mme Monique BECKER, Professeure émérite, Télécom SudParis, FRANCE - Examinatrice
M. Ahmed KAMAL, Professeur, Iowa State University, ETATS-UNIS - Examinateur

Résumé :

L’Internet des Objets (IdO) a évolué depuis cette possibilité théorique de connecter tous les appareils à un réel marché de biens et de services en constante expansion. Les technologies sous-jacentes ont évolué et l’IdO repose aujourd’hui sur de nombreuses technologies de communication différentes : Des technologies à courte portée comme Bluetooth, moyenne portée comme Zigbee ou longue portée comme la technologie LoRa (Long-Range). Les systèmes de l’IdO sont habituellement construits autour d’infrastructures fermées basées sur des systèmes en silo. Créer de l’interopérabilité entre ces silos fermés est un enjeu pour certains cas d’usages cruciaux dans le déploiement des technologies de l’IdO comme les villes intelligentes. Développer la problématique au niveau applicatif est une première étape directement inspirée des pratiques courantes en matière de collecte et d’analyse de données dans le cadre du développement des technologies de traitement de données massives. Cependant, construire des ponts au niveau réseau permettrait de faciliter l’interconnexion entre infrastructures et faciliterait la transition fluide entre technologies de l’IdO afin d’améliorer à bas coût la couverture réseau. Le Système de Nom de Domaine (Domain Name System, DNS), initialement développé pour traduire les noms, lisibles et compréhensibles par les utilisateurs en adresses IP, utilisées par les appareils connectés, est reconnu comme un facilitateur sur les question d’interopérabilité sur Internet. C’est l’un des systèmes les plus anciens déployés sur Internet, développé à la fin des années 1980 pour supporter la croissance de l’infrastructures Internet. Bien qu’ayant beaucoup évolué ces dernières années, en témoignent les nombreuses propositions de modifications au standard publié à son sujet, le DNS reste aujourd’hui l’une des infrastructures les plus centrales du réseau Internet. Le DNS repose sur des principes simples, mais son évolution depuis ses premiers développements ont permis de construire des systèmes complexes grâce à ses nombreuses possibilités de configuration. Dans le cadre cette thèse, qui étudie les possibles améliorations aux services et infrastructures de l’IdO, nous étudions la problématique suivante : Le DNS et son infrastructure peuvent-ils servir de support efficace à l’évolution de l’IdO de la même manière qu’il a accompagné l’évolution d’Internet ? Dans cette optique, nous étudions de possibles améliorations de systèmes de l’IdO sous trois angles. Nous testons tout d’abord un modèle d’itinérance pour réseaux de l’Internet des Objets au travers de la construction d’une fédération reposant sur l’infrastructure du DNS et ses extensions pour en assurer l’interopérabilité, la sécurité de bout-en-bout et optimiser les communications entre infrastructures. Son objectif est de proposer des transitions fluides entre réseaux sur base d’informations stockées à l’aide de l’infrastructure DNS. Nous explorons également les problématiques introduites par le DNS, notamment en termes de latence et d’influence sur les temps de réponse des applications, et comment en limiter l’impact sur les échanges, déjà grandement contraints, entre objet connecté et passerelle radio. Pour cela nous étudions les conséquences de l’utilisation de requêtes DNS anticipées dans un contexte de mobilité en milieu urbain. Nous étudions ensuite la façon dont le Système de Nom de Domaine peut renforcer l’interopérabilité, la disponibilité de ressources et le passage à l’échelle de systèmes de compression de paquets de l’IdO. Enfin, nous explorons la question de la minimisation de trafic en implantant des algorithmes d’apprentissage sur des capteurs et en mesurant les paramètres du système final, en particulier en terme de performances de transmissions et d’efficacité énergétique.

Abstract :

The Internet of Things (IoT) evolved from its theoretical possibility to connect anything and everything to an ever-increasing market of goods and services. Its underlying technologies diversified and IoT now encompasses various communication technologies ranging from short-range technologies as Bluetooth, medium-range technologies such as Zigbee and long-range technologies such as Long Range Wide Area Network. IoT systems are usually built around closed, siloed infrastructures. Developing interoperability between these closed silos is crucial for IoT use-cases such as Smart Cities. Working on this subject at the application level is a first step that directly evolved from current practice regarding data collection and analysis in the context of the development of Big Data. However, building bridges at the network level would enable easier interconnection between infrastructures and facilitate seamless transitions between IoT technologies to improve coverage at low cost. The Domain Name System (DNS) basically developed to translate human-friendly computer host-names on a network into their corresponding IP addresses is a known interoperability facilitator on the Internet. It is one of the oldest systems deployed on the Internet and was developed to support the Internet infrastructure’s growth at the end of the 80s. Despite its old age, it remains a core service on the Internet and many changes from its initial specifications are still in progress, as proven by the increasing number of new suggestions to modify its standard. DNS relies on simple principles, but its evolution since its first developments allowed to build complex systems using its many configuration possibilities. This thesis investigates possible improvements to IoT services and infrastructures. Our key problem can be formulated as follow : Can the DNS and its infrastructure serve as a good baseline to support IoT evolution as it accompanied the evolution of the Internet ? We address this question with three approaches. We begin by experimenting with a federated roaming model IoT networks exploiting the strengths of the DNS infrastructure and its security extensions to improve interoperability, end-to-end security and optimize back-end communications. Its goal is to propose seamless transitions between networks based on information stored on the DNS infrastructure. We explore the issues behind DNS and application response times, and how to limit its impact on constrained exchanges between end devices and radio gateways studying DNS prefetching scenarios in a city mobility context. Our second subject of interest consists of studying how DNS can be used to develop availability, interoperability and scalability in compression protocols for IoT. Furthermore, we experimented around compression paradigms and traffic minimization by implementing machine learning algorithms onto sensors and monitoring important system parameters, particularly transmission performance and energy efficiency.