Study of the energy consumption and duration of a cyber-physical system reconfiguration in the Arctic tundra : from experiments on real infrastructure to extensive simulations

Étude de la consommation d’énergie et de la durée d’une reconfiguration d’un système cyber-physique au sein de la toundra arctique : de l’expérimentation sur infrastructure réelle à des simulations étendues Les systèmes cyber-physiques (CPS) déployés dans des environnements comme la toundra Arctique pour effectuer des observations de longues durées sur le terrain sont soumis à des conditions extrêmes. Les nœuds déployés sur le terrain ont un budget énergétique limité. Afin d'économiser leurs budgets énergétiques et augmenter leurs durées de vie, les nœuds sont forcés d'alterner entre de courtes périodes de fonctionnement et de longues périodes de sommeil. Les périodes de fonctionnement sont programmées selon les tâches d'observation des nœuds et ne sont pas synchronisées. Les nœuds du CPS peuvent collaborer pour fournir des services comme de l'agrégation de données, de l'analyse de données, etc. Dû au manque d'infrastructure réseau, les nœuds doivent communiquer en utilisant des connexions pair-à-pair. Les nœuds sont capables de communiquer durant leurs périodes de fonctionnement, lorsque ces périodes se chevauchent. Du fait que les nœuds se réveillent pendant de courtes périodes non synchronisées, les opportunités pour communiquer peuvent être très faibles. À cause des conditions de la toundra Arctique, les nœuds du CPS sont forcés d'être autonomes durant de longues périodes (de six mois à un an). Durant ces périodes, les nœuds du CPS doivent s'adapter aux évènements extérieurs de manière autonome en reconfigurant leurs systèmes. Du fait que les nœuds collaborent, cette reconfiguration doit être coordonnée. À cause du manque de connectivité au sein du CPS et de son isolation avec les systèmes extérieurs, une autorité centrale est la plupart du temps inaccessible. Les nœuds doivent être capables de coordonner leurs reconfigurations avec d'autres nœuds d'une manière décentralisée. À cause du manque de connectivité, coordonner une reconfiguration entre les nœuds pourrait imposer un coût supplémentaire significatif sur les nœuds et mettre beaucoup de temps à converger. Ce manuscrit propose d'étudier la reconfiguration décentralisée d'un CPS composé de nœuds dormants. Il fournit une solution pour définir et coordonner l'exécution décentralisée de programmes de reconfiguration entre noeuds dormants. En se basant sur cette solution, ce manuscrit a également pour objectif d'étudier de manière étendue les performances en termes de consommation énergétique et durée de la reconfiguration selon les caractéristiques de la toundra Arctique.