Sujet de stage
Titre :
Calibrage de paramètres de simulation pour concevoir le Jumeau Numérique d'un réseau
Dates :
2026/02/16 - 2026/07/24
Etudiant :
Encadrant(s) :
Description :
L'Internet des objets (IoT) occupe aujourd'hui une place importante dans notre quotidien. Différents capteurs et autres objets
connectés sont utilisés afin de faire de la mesure et de la remontée de données (température, humidité, etc.) aux utilisateurs,
utilisées par la suite pour la prise de décision ou pour le suivi. Afin d'assurer des transmissions de données avec les meilleures
performances (taux de perte, latence, débit, etc.), plusieurs technologies de communication peuvent être utilisées (Wi-Fi,
Zigbee, LoRa, etc.). Parmi celles-ci, la norme IEEE 802.15.4 est souvent employée dans les réseaux IoT pour ses avantages en
termes de faible consommation d'énergie et de gestion des réseaux de capteurs. Cette norme repose sur le protocole CSMA/CA
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) pour réguler l'accès au canal radio. Ce protocole fonctionne en
évitant les collisions grâce à une écoute préalable du canal avant toute transmission et à l'introduction de délais aléatoires
lorsque le canal est occupé.
Dans le bus d'évaluer les performances d'une technologie de communication avant son déploiement, il est courant d'employer
la simulation pour réduire les coûts et obtenir des résultats fiables. Cependant, il est essentiel de confronter les résultats obtenus
en simulation (via des outils comme Cooja [1]) avec ceux obtenus dans des environnements réels d'expérimentation comme
FIT IoT-Lab [2]. Cela permet de mieux comprendre les différences entre modèles simulés et environnements réels, notamment
pour des paramètres clés comme la fiabilité et la latence. Dans ce contexte, le concept de "Jumeau Numérique (JN)" vise à
reproduire fidèlement le comportement d'un système physique à l'aide d'une modélisation orientée données. Le couplage de
l'expérimentation et de la simulation permet d'aboutir à un jumeau numérique précis du réseau [3].
Ce stage propose d'étudier les différences et similitudes entre un environnement de simulation (Cooja) et un environnement
d'expérimentation (FIT IoT-Lab) concernant les performances du protocole CSMA/CA utilisé dans la norme IEEE 802.15.4,
afin de concevoir le jumeau numérique d'un réseau. L'accent sera mis sur l'impact des paramètres de configuration (backoff,
contention window, etc.) sur les performances réseau, notamment la fiabilité et la latence. Les tâches identifiées sont les
suivantes :
⬔ Prise en main en surface du simulateur Cooja et de la plateforme FIT IoT-Lab,
⬔ utilisation des implémentations du protocole CSMA/CA dans les deux environnements,
⬔ analyse comparative des performances réseau en termes de fiabilité et latence,
⬔ l'intégration de méthodes d'intelligence artificielle pour :
(i) Calibrer automatiquement les modèles de simulation (e.g., en ajustant les paramètres de propagation radio),
(ii) prédire les performances réelles à partir des simulations grâce à des techniques d'apprentissage supervisé.
Références :
[1] Osterlind, F., Dunkels, A., Eriksson, J., Finne, N., & Voigt, T. (2006, November). Cross-level sensor network simulation
with cooja. In Proceedings. 2006 31st IEEE conference on local computer networks (pp. 641-648). IEEE.
[2] Adjih, C., Baccelli, E., Fleury, E., Harter, G., Mitton, N., Noel, T., ... & Watteyne, T. (2015, December). FIT IoT-LAB: A
large scale open experimental IoT testbed. In 2015 IEEE 2nd World Forum on Internet of Things (WF-IoT) (pp. 459-464).
IEEE.
[3] Si-Mohammed, S., Bardou, A., Begin, T., Lassous, I. G., & Vicat-Blanc, P. (2024). Ns+ ndt: Smart integration of network
simulation in network digital twin, application to iot networks. Future Generation Computer Systems, 157, 124-144.
connectés sont utilisés afin de faire de la mesure et de la remontée de données (température, humidité, etc.) aux utilisateurs,
utilisées par la suite pour la prise de décision ou pour le suivi. Afin d'assurer des transmissions de données avec les meilleures
performances (taux de perte, latence, débit, etc.), plusieurs technologies de communication peuvent être utilisées (Wi-Fi,
Zigbee, LoRa, etc.). Parmi celles-ci, la norme IEEE 802.15.4 est souvent employée dans les réseaux IoT pour ses avantages en
termes de faible consommation d'énergie et de gestion des réseaux de capteurs. Cette norme repose sur le protocole CSMA/CA
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) pour réguler l'accès au canal radio. Ce protocole fonctionne en
évitant les collisions grâce à une écoute préalable du canal avant toute transmission et à l'introduction de délais aléatoires
lorsque le canal est occupé.
Dans le bus d'évaluer les performances d'une technologie de communication avant son déploiement, il est courant d'employer
la simulation pour réduire les coûts et obtenir des résultats fiables. Cependant, il est essentiel de confronter les résultats obtenus
en simulation (via des outils comme Cooja [1]) avec ceux obtenus dans des environnements réels d'expérimentation comme
FIT IoT-Lab [2]. Cela permet de mieux comprendre les différences entre modèles simulés et environnements réels, notamment
pour des paramètres clés comme la fiabilité et la latence. Dans ce contexte, le concept de "Jumeau Numérique (JN)" vise à
reproduire fidèlement le comportement d'un système physique à l'aide d'une modélisation orientée données. Le couplage de
l'expérimentation et de la simulation permet d'aboutir à un jumeau numérique précis du réseau [3].
Ce stage propose d'étudier les différences et similitudes entre un environnement de simulation (Cooja) et un environnement
d'expérimentation (FIT IoT-Lab) concernant les performances du protocole CSMA/CA utilisé dans la norme IEEE 802.15.4,
afin de concevoir le jumeau numérique d'un réseau. L'accent sera mis sur l'impact des paramètres de configuration (backoff,
contention window, etc.) sur les performances réseau, notamment la fiabilité et la latence. Les tâches identifiées sont les
suivantes :
⬔ Prise en main en surface du simulateur Cooja et de la plateforme FIT IoT-Lab,
⬔ utilisation des implémentations du protocole CSMA/CA dans les deux environnements,
⬔ analyse comparative des performances réseau en termes de fiabilité et latence,
⬔ l'intégration de méthodes d'intelligence artificielle pour :
(i) Calibrer automatiquement les modèles de simulation (e.g., en ajustant les paramètres de propagation radio),
(ii) prédire les performances réelles à partir des simulations grâce à des techniques d'apprentissage supervisé.
Références :
[1] Osterlind, F., Dunkels, A., Eriksson, J., Finne, N., & Voigt, T. (2006, November). Cross-level sensor network simulation
with cooja. In Proceedings. 2006 31st IEEE conference on local computer networks (pp. 641-648). IEEE.
[2] Adjih, C., Baccelli, E., Fleury, E., Harter, G., Mitton, N., Noel, T., ... & Watteyne, T. (2015, December). FIT IoT-LAB: A
large scale open experimental IoT testbed. In 2015 IEEE 2nd World Forum on Internet of Things (WF-IoT) (pp. 459-464).
IEEE.
[3] Si-Mohammed, S., Bardou, A., Begin, T., Lassous, I. G., & Vicat-Blanc, P. (2024). Ns+ ndt: Smart integration of network
simulation in network digital twin, application to iot networks. Future Generation Computer Systems, 157, 124-144.
Mots clés :
Réseaux sans-fil, Évaluation de Performances, Jumeaux Numériques
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
Publications :