Data delivery in Iot networks / Oumaima Akouche

Public ISBD Titre : Data delivery in Iot networks Type de document : texte imprimé Auteurs : Oumaima Akouche, Auteur ; Anais Moumtez Hachemi ; Kanouni,Lakhdar, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (70 f .) Format : 29 cm Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IoT QoS Fault tolerance Multi-path routing protocol Geographic routing protocol Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The Internet of Things (IoT) represents today an expanding field where connected devices are employed to collect and transmit data, with communication between these connected objects aimed at routing collected data to a node called Sink, which processes it further, hence the role of routing protocol. The routing protocol plays a crucial part in the data lifecycle in IoT networks. Essentially, there are two types of routing: singlepath or multi-path. Multi-path routing protocols offer several advantages over single-path routing, such as quality of service and fault tolerance. Therefore, a multi-path geographic routing protocol has been proposed to enhance service quality by sending a significant amount of data using multiple paths and increasing fault tolerance in case one path fails, where another path can be utilized. To evaluate the performance of the proposed protocol, we used two metrics: path cost and number of hops; the results obtained are compared with the optimal values of the Dijkstra algorithm. After several simulations, the protocol achieves values close to those obtained by the Dijkstra algorithm. Note de contenu : Sommaire GENERAL INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1 —GENERALETIES ABOUT IOT 13 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Def . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.1 Internet of things (IoT): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.2 Thing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3 Connectivity: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.4 Sensors: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4 Basic Components of IoT Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.5 Network Access and Physical Layer Technologies in IoT Networks . . . . . 17 1.6 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6.1 Three layers architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6.2 Five layers architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.7 IoT communication portocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7.1 Application layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7.2 Transport layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7.3 Network layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7.4 Middelware layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.5 Mac and physic layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.8 Iot technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8.1 Radio Frequency identification data ( RFID ): . . . . . . . . . . . . 26 1.8.2 WSN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8.3 M2M (Machine-to-Machine Communication): . . . . . . . . . . . . 26 1.9 Iot networking considerations and challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.10 IoT Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.11 IoT domain of use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.11.1 Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.11.2 Healthcare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.11.3 Smart-house . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.11.4 Agricultor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.12 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2 — DATA IN IOT 31 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 Data types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.1 Automation Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.2 Equipment Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.3 Environnemental Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.4 Submeter Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 Structured vs. Unstructured data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.1 Structured data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Unstructured Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4 Data in motion versus data at rest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5 Data Acquiring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5.1 Data Generation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5.2 Data acquisition: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.3 Data validation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.4 Data Categorization for Storage: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.5 Assembly Software for the Event: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.6 Data store: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.7 Data Centre Management: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6 Data challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3 — State of art for routing protocols in iot networks 38 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2 Data routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3 Routing Metrics: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.1 Equipment Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.4 Routing type: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.1 Based on the topology: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.2 Flat Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.3 Broadcast-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.4 Group or Cluster-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.5 Diffusion-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.6 Location-based Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.7 Hierarchical Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.8 Based on Quality of Service ( QoS ): . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.9 Energy based protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.10 Security Centric protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.5 Some protocols in literatury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.1 RPL: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.2 LEACH: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.3 OLSR (Optimized Link State Routing): . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5.4 DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector): . . . . . . . . . . . 45 3.5.5 ZRP (Zone Routing Protocol): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5.6 Geographic protocols: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4 — Proposal for a multi-path geographic routing protocol 48 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2 How to discover the 1st path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.1 Algorithm of the first path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.2 The flowchart routing of the first path: . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3 How to discover the second path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3.1 Algorithm of the second path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3.2 The flowchart routing of the second path: . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.4 Illustrative example of how the protocol works: . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.5 Simulation of the proposed protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.1 Simulation steps: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.2 Simulation tools: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.5.3 Simulations and results: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.5.4 Performance Evaluation of the Protocol: . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.6 Comparison of performance metrics (average cost and average jumps) between the proposed protocol and Dijkstra’s algorithm: . . . . . . . . . . . . 61 4.6.1 Histograms: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.6.2 Discussion of the obtained results: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 GENERAL CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Côte titre : MAI/0843 Data delivery in Iot networks [texte imprimé] / Oumaima Akouche, Auteur ; Anais Moumtez Hachemi ; Kanouni,Lakhdar, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2024 . - 1 vol (70 f .) ; 29 cm. Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IoT QoS Fault tolerance Multi-path routing protocol Geographic routing protocol Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The Internet of Things (IoT) represents today an expanding field where connected devices are employed to collect and transmit data, with communication between these connected objects aimed at routing collected data to a node called Sink, which processes it further, hence the role of routing protocol. The routing protocol plays a crucial part in the data lifecycle in IoT networks. Essentially, there are two types of routing: singlepath or multi-path. Multi-path routing protocols offer several advantages over single-path routing, such as quality of service and fault tolerance. Therefore, a multi-path geographic routing protocol has been proposed to enhance service quality by sending a significant amount of data using multiple paths and increasing fault tolerance in case one path fails, where another path can be utilized. To evaluate the performance of the proposed protocol, we used two metrics: path cost and number of hops; the results obtained are compared with the optimal values of the Dijkstra algorithm. After several simulations, the protocol achieves values close to those obtained by the Dijkstra algorithm. Note de contenu : Sommaire GENERAL INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1 —GENERALETIES ABOUT IOT 13 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Def . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.1 Internet of things (IoT): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.2 Thing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3 Connectivity: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.4 Sensors: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4 Basic Components of IoT Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.5 Network Access and Physical Layer Technologies in IoT Networks . . . . . 17 1.6 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6.1 Three layers architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6.2 Five layers architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.7 IoT communication portocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7.1 Application layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7.2 Transport layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7.3 Network layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7.4 Middelware layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.5 Mac and physic layer: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.8 Iot technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8.1 Radio Frequency identification data ( RFID ): . . . . . . . . . . . . 26 1.8.2 WSN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.8.3 M2M (Machine-to-Machine Communication): . . . . . . . . . . . . 26 1.9 Iot networking considerations and challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.10 IoT Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.11 IoT domain of use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.11.1 Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.11.2 Healthcare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.11.3 Smart-house . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.11.4 Agricultor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.12 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2 — DATA IN IOT 31 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 Data types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.1 Automation Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.2 Equipment Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.3 Environnemental Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.4 Submeter Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 Structured vs. Unstructured data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.1 Structured data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Unstructured Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4 Data in motion versus data at rest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5 Data Acquiring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5.1 Data Generation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5.2 Data acquisition: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.3 Data validation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.4 Data Categorization for Storage: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.5 Assembly Software for the Event: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.6 Data store: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.7 Data Centre Management: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6 Data challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3 — State of art for routing protocols in iot networks 38 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2 Data routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3 Routing Metrics: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.1 Equipment Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.4 Routing type: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.1 Based on the topology: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.2 Flat Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4.3 Broadcast-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.4 Group or Cluster-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.5 Diffusion-based: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.6 Location-based Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.7 Hierarchical Routing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.8 Based on Quality of Service ( QoS ): . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.9 Energy based protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4.10 Security Centric protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.5 Some protocols in literatury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.1 RPL: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.2 LEACH: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.5.3 OLSR (Optimized Link State Routing): . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5.4 DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector): . . . . . . . . . . . 45 3.5.5 ZRP (Zone Routing Protocol): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5.6 Geographic protocols: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4 — Proposal for a multi-path geographic routing protocol 48 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2 How to discover the 1st path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.1 Algorithm of the first path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.2 The flowchart routing of the first path: . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3 How to discover the second path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3.1 Algorithm of the second path: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3.2 The flowchart routing of the second path: . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.4 Illustrative example of how the protocol works: . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.5 Simulation of the proposed protocol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.1 Simulation steps: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.2 Simulation tools: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.5.3 Simulations and results: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.5.4 Performance Evaluation of the Protocol: . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.6 Comparison of performance metrics (average cost and average jumps) between the proposed protocol and Dijkstra’s algorithm: . . . . . . . . . . . . 61 4.6.1 Histograms: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.6.2 Discussion of the obtained results: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 GENERAL CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Côte titre : MAI/0843

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