Enhancing energy efficiency in IoT devices for sustainable IoT / Djihane Arab

Public ISBD Titre : Enhancing energy efficiency in IoT devices for sustainable IoT Type de document : texte imprimé Auteurs : Djihane Arab, Auteur ; Manar Meskine ; Aissaoui, mohammed, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (72 f .) Format : 29 cm Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IoT Software Defined Networking TDMA MQTT SDN Wireless communication LoRa Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The Internet of Things (IoT) has grown rapidly, connecting physical objects, devices, and systems to the Internet for data collection and sharing. This connectivity could transform sectors such as agriculture by improving efficiency and productivity. However, deploying IoT components comes with challenges, especially regarding power consumption and endurance. All this is resolved by integrating two major cutting-edge technologies, Software Defined Networking (SDN), which ensures a centralized IoT network. Moreover, Message Queuing Telemetry (MQTT) is a lightweight protocol for message transmission. IoT devices, in particular, can communicate with each other via Several wireless communication mechanisms. We use LoRa (Long-Range), which optimizes energy consumption for longrange communication. Our system is based on the MAC layer. This layer is beneficial for power-sensitive applications such as agriculture. We use this layer to solve the limitations of Time Division Multiple Access (TDMA) by dynamically allocating time slots, improving data accuracy under the SDN controller, and implementing this protocol. In order to extract satisfactory results to be a reference for others. Note de contenu : Sommaire List of Figures vii List of Tables x General introduction 1 1 State of the art 3 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 The Internet of Things . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Characteristics of the IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 IoT Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.3 IoT Application domains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.4 IoT architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Message Queuing Telemetry Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 Publisher/Sender paradigm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2 The Broker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.3 MQTT Multicast management of quality of service . . . . . . . . . 12 1.3.4 MQTT and IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 Software-Defined Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.1 Background and Evolution of SDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4.2 SDN Architecture and Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5 Energy-Efficient Techniques in IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.1 IoT Wireless Communication Technologie . . . . . . . . . . . . . . 19 1.5.2 Energy harvesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.3 Data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.4 Sleep/wakeup technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.5.5 Energy-efficient routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5.6 Optimization application protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.7 IoT Data and Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.8 SDN with MQTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2 Proposed solution to optimize energy consumption in IoT systems 30 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3 The proposed energy aware IoT system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.1 Application and transport layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 MAC layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.4 Phisical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4 Energy Aware SDN based MAC Protocol (EASMP) . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.1 States Collection Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4.2 Data Transmission Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5 Illustrative example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6 The metrics of evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.7 Simulation and Results Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Côte titre : MAI/0918 Enhancing energy efficiency in IoT devices for sustainable IoT [texte imprimé] / Djihane Arab, Auteur ; Manar Meskine ; Aissaoui, mohammed, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2024 . - 1 vol (72 f .) ; 29 cm. Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IoT Software Defined Networking TDMA MQTT SDN Wireless communication LoRa Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The Internet of Things (IoT) has grown rapidly, connecting physical objects, devices, and systems to the Internet for data collection and sharing. This connectivity could transform sectors such as agriculture by improving efficiency and productivity. However, deploying IoT components comes with challenges, especially regarding power consumption and endurance. All this is resolved by integrating two major cutting-edge technologies, Software Defined Networking (SDN), which ensures a centralized IoT network. Moreover, Message Queuing Telemetry (MQTT) is a lightweight protocol for message transmission. IoT devices, in particular, can communicate with each other via Several wireless communication mechanisms. We use LoRa (Long-Range), which optimizes energy consumption for longrange communication. Our system is based on the MAC layer. This layer is beneficial for power-sensitive applications such as agriculture. We use this layer to solve the limitations of Time Division Multiple Access (TDMA) by dynamically allocating time slots, improving data accuracy under the SDN controller, and implementing this protocol. In order to extract satisfactory results to be a reference for others. Note de contenu : Sommaire List of Figures vii List of Tables x General introduction 1 1 State of the art 3 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 The Internet of Things . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Characteristics of the IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 IoT Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.3 IoT Application domains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.4 IoT architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Message Queuing Telemetry Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 Publisher/Sender paradigm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2 The Broker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.3 MQTT Multicast management of quality of service . . . . . . . . . 12 1.3.4 MQTT and IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 Software-Defined Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.1 Background and Evolution of SDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4.2 SDN Architecture and Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5 Energy-Efficient Techniques in IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.1 IoT Wireless Communication Technologie . . . . . . . . . . . . . . 19 1.5.2 Energy harvesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.3 Data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.4 Sleep/wakeup technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.5.5 Energy-efficient routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5.6 Optimization application protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.7 IoT Data and Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.8 SDN with MQTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2 Proposed solution to optimize energy consumption in IoT systems 30 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3 The proposed energy aware IoT system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.1 Application and transport layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 MAC layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.4 Phisical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4 Energy Aware SDN based MAC Protocol (EASMP) . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.1 States Collection Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4.2 Data Transmission Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5 Illustrative example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6 The metrics of evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.7 Simulation and Results Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Côte titre : MAI/0918

Exemplaires (1)

Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
MAI/0918	MAI/0918	Mémoire	Bibliothéque des sciences	Anglais	Disponible Disponible

---

1 (1 - 1 / 1)