延迟容忍物联梅尔·奥齐亚斯引用此版本：Maël Auzias延迟容忍物联网的编程支持。移动计算。南布列塔尼大学，2017年。英语NNT：2017LORIS 462。电话：01814863HAL Id：tel-01814863https://theses.hal.science/tel-018148632018年6月13日提交HAL是一个多学科的开放获取档案馆，用于存放和传播科学研究文件，无论它们是否已这些文件可能来自法国或国外的教学和研究机构，或来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaireProgramming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017THESHISE/UNIVERSITTHED DEBRETAGNE SUDUFR Sciences et Sciences de布列塔尼欧洲大学校园为了获得以下等级：南布列塔尼大学提及：InformatiqueSICMA博士学校编程支持延迟容忍物联par presentée梅尔·奥齐亚斯IRISA Institut de Recherche en Informatiqueet Systemes AléatoiresThèse soutenue le 03-10-2017，由以下作曲家委员会M.弗雷德里克·吉南德Le Havre大学校长M. 尼古拉斯·蒙塔旺大学讲师，IMT讲师/特别报告员M.迈克尔·米里萨波城和阿杜尔地区大学教授夫人Pascale LAUNAY硕士学位，南布列塔尼大学/考试M.伊夫·马埃奥人类发展报告会议主任，南布列塔尼大学/主任M. 弗雷德里克·赖姆巴什硕士学位，南布列塔尼大学/Encadrant de thèseProgramming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017梅里斯2Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017确认下面的致谢是为了帮助我完成这项工作的各种人，每个人都有自己的方式。由于有些人不讲英语，但主要关心这些，有写在适当的语言。我非常感谢我的所有同事，特别是阿梅尔，阿里，卡德尔，罗曼H。帕梅拉，艾伦，卢卡斯BMarc，Romain D.，马蒂厄、莱昂内尔、戴尔芬、劳纳克、莱梅尔和纳德，以及我的朋友泽维尔、马蒂、奥雷莉亚、奥黛丽·L.，维克多玛戈特卢卡斯MMilad，Lucas G.，Carlos，Nano，Alba，Andreea M.，Anna，AB，Luís，Elena，Daniele，and Andrea C.，他们帮助我，既推动我加班加点地工作，也通过分享愉快的时刻来放松。也感谢那些能帮助我们度过难关的专业人士，他们在专业领域内也能为防锈和OW提供良好的道路和咨询服务。Móc douju Míše a Pee za společngerodinosa strávené momenty，které mipomohli se uvolnit，kdyujsem potueboval.在捷克的Vibes Sounds音乐中，我可以听到马格达灵芝和马格达灵芝的声音，但我可能会听到旋律，因此我可以在音乐中听到马格达灵芝的声音。谢谢弗朗索瓦玛丽-克洛德我们有机会赢你了也谢谢你的美琳你今天很幸运感谢我的家人对我的支持、鼓励和鼓励，特别是对玛丽斯的感谢。感谢Vincent Creuze和Jean-Paul Rigault的推荐信，因为我们的讨论和我的讨论无关紧要感谢Yves和Frédérique，我的导演和我的合作者，在Mario，Sylviane和Anne没有工作的时候，为我提供长期的指导和帮助3Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20174Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017内容图9表111导言. 131.1背景. 131.1.1间歇性连接的IoT141.1.2间歇性连接的物联网141.1.3间歇性连接IoT161.2提议181.3第19话大纲2艺术212.1网络222.1.1延迟容忍网络222.1.2网络营销252.2物联网编程292.2.1面向资源的方法302.2.2面向服务的方法332.2.3其他方法和系统352.3DT和抽象计算362.3.1实用程序设计362.3.2编程范例372.4讨论403BoaP433.1BP和CoAP443.1.1捆绑协议（BP）443.1.2IBR-DTN453.1.3受限应用协议（CoAP）503.1.4加利福尼亚州543.1.5BP和CoAP：出现挑战58Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias201753.2BP结合的CoAP转座593.2.1基本调整593.2.2增强措施633.3BoaP堆栈663.3.1Java API663.3.2BoaP Prototype683.3.3CoAP和BoaP功能743.4讨论754评价774.1初步测试784.1.1BP端点和Daemon78之间的延迟4.1.2在小型网络794.2实验834.2.1实验平台834.2.2设想方案874.2.3Levy Walk实验944.2.4KAIST实验结果984.3结论1005LILWENE1015.1概览. 1025.1.1提案1035.1.2LILWENE介绍1035.2服务描述1085.2.1描述符概述1085.2.2必填字段1095.2.3实施例1135.3服务广告和发现1145.3.1发布-订阅接口1145.3.2专题1155.3.3广告1165.3.4发现117Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20175.3.5登记处11865.4服务调用1195.4.1客户端1195.4.2服务提供商侧1205.4.3团体调用1205.4.4请求选项1215.5API和实现元素1225.5.1客户端应用程序API1235.5.2服务api1285.5.3注册表处理1305.6结论1326结论1356.1摘要1356.2前景138附录141一 实验回顾：表iB 服务描述符：二进制格式和参数vB.1LILWENE描述符vB.2参数viB.3描述示例：二进制内容Xi参考书目xvProgramming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20177Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20178Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017图目录3.1CoAP消息格式513.2加州建筑（来自M。Kovatsch的论文被每个任务的主要Cf开发人员重用）...................................................................................................................573.3IBR-DTN、Java API和BoAP堆栈673.4Java API堆栈683.5序列图：从IBR-DTN守护程序获取包的过程693.6BoAP客户端和具有全栈的BoAP服务器之间的连接734.1BoaP测试：场景1804.2BoaP测试：场景2814.3在两个测试场景中获得的RTT测量值824.4Swarm架构854.5KAIST痕迹的图形表示4.6Levy Walk移动性，无线电覆盖范围为50 m，无BoaP缓存954.7Levy Walk，50 m无线电范围，无BoaP缓存：比较964.8Levy Walk，50 m无线电范围，带启用缓存的节点974.9KAIST实验结果984.10 KAIST比较995.1LILwE nE概述1049Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias201710Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017表的列表3.1CoAP选项。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .533.2CoAP和BoaP功能的比较。. . . . . . . . . . . . . . .754.1 平台性能：RTT s测量值（ms）。 . . . . . . . . . . 864.2情景的定量比较。. . . . . . . . . . . . . . . . .93A.1实验参数审查。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .我B.1参数类型。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .VIIB.2参数约束。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IXB.3二进制概述。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Xi11Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias201712Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20171介绍内容1.1背景. 131.1.1间歇性连接的IoT141.1.2间歇性连接的物联网141.1.3间歇性连接物联网。161.2提议181.3第19话大纲1.1上下文物联网（IOT）是一种新兴的范例，旨在通过与运输物流、医疗保健领域、智能家居和智能企业等相关的自动化和优化任务来增强我们的日常生活。根据Gartner的数据，到2020年，市场规模将超过3000亿美元，将有260亿件产品。这个新市场已经被三星、亚马逊或谷歌等大公司投资，这些公司正在为互联网开发产品，并试图通过提出新兴和创新的产品来领先于他们的同行例如，当位于街道尽头的气象站向出口门发送警报时，出口门上会显示一条信息，建议带一把雨伞。当主人离开时，这把雨伞会振动、响铃或向他的智能手机发送信息这些东西是配备有计算机的日常物品，通常是廉价的单板、小电池和短距离无线通信装置。他们预计将是廉价的，他们的行动力量在于他们的大量和高度多样性，以补偿他们有限的电池和电力处理。物的概念也可以扩展到更强大、更昂贵的物体，如智能手机、无人机或汽车。物联网在我们的环境中变得越来越普遍，但由于不同的观点并存，研究人员对物联网的精确定义是一个挑战。13Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017意见分歧很大。 这些观点将信息技术范式分为不同层次的不同概念。在[1]中，Atzori等人将其说明为三种不同观点的融合：1. 关于事物本身，2。在互联网方面，以及3。 在语义方面。另一种可能的分类在[2]中提出，其中Gubbi et al.提出了一个应用分散的愿景，从个人用户到国家公用事业，涉及其他应用，如医疗，家庭自动化，运输物流，社区服务。1.1.1间歇性连接的IoT这些物体通常配备有短距离无线电接口，经历关闭其无线电接口的节能约束，可以是移动的（例如，当嵌入在机器人上或由人携带时）或者可以部署在缺乏网络基础设施的区域（例如，在发展中国家或人口稀少的地区，如芬兰的Laponian[3]）。在这些具有挑战性的情况下，很明显，这些事情受到断开连接和难以访问可靠网络的影响此外，尽管意识到这些联网挑战，但当前关于Iot的研究没有将IOT视为互联网的互连扩展与此同时，越来越多的人支持这样一种说法，即在许多情况下，事物无法连接到互联网本论文针对这些情况下，频繁断开连接是正常的，而不是例外。这些目标网络被称为间歇性连接网络（Icn）。作为本研究的假设，由于缺乏可靠的通信手段，事物通过逐跳交换进行通信。例如，这样的情境可以通过在市中心内外（可能很远）托管传感器和致动器的城镇来说明。这些传感器将收集关于环境的数据（例如，计算通过隧道或桥梁的汽车数量，测量空气污染）和致动器将协作以提高环境质量（例如，修改装有屏幕的道路标志的速度限制由于基础设施成本（例如，部署、维护、个体事物订阅计划）和限制（例如，灰色或白色区域覆盖甚至在可能的情况下定价过高），该网络在不依赖于任何基础设施的情况下部署。1.1.2间歇连接的IoT多年来，我国学者一直致力于传播挑战的研究。互联网研究任务组（IRTF）的研究小组DT-NRG（延迟容忍网络研究小组）提出了一种架构以及一种协议，用于在不存在基础设施的节点之间交换消息。这种架构，即延迟容忍网络（dTn）架构[4]，是星际网络（IPn）历史上所需要的。它定义了一种无基础设施的通信系统，并且在无法依赖Internet协议时是一种替代品14Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017上。它提供了通信手段，而无需假设消息的源和目的地之间的连接路径它支持广泛的命名语法来识别节点，而不依赖于IP地址，并允许dT n节点交换可变长度的消息。为此，根据存储-携带-转发机制[5]，这些消息可能通过多个路径传输存储-携带-转发机制允许通过利用节点存储并通过中间节点之间的逐跳转发来在从不相遇且没有任何连续端到端路径的两个节点消息在节点移动时临时存储在节点上。因此，该消息由其移动主机携带，该移动主机将通过在可能时将其转发到其他设备来利用联系机会，从而消息最终到达其目的地。在传统的网络中，沿着一条数据包路由，从其源到其目的地，始终只有一个数据包副本。每次转发数据包时，它都会从前一个节点删除相反，出于效率和可靠性的原因，dT n节点通常转发它们存储的每个消息的几个副本结果，可以说消息在延迟容忍网络中传播这样的系统可以部署在示出配备有传感器和致动器的城市的先前示例中。事物之间的信息将是前-由于移动传感器和执行器而改变dT n被设计为在以下情况下工作良好在这种情况下，事物是移动的。 当事情实际上是固定的，但依赖于数据骡子（公共汽车，有轨电车甚至配备特定设备的地铁），从字面上将消息从设备转移到设备时，它也很有用。这些数据骡子也可以被认为是东西。一个特定的协议定义了如何处理这些消息：Bundle Protocol（BP）[6]。BP是在DTN体系结构上交换消息的事实上的标准协议这些消息称为bundle，由一个主块组成，关闭捆绑包元数据，零个或多个元扩展块（mEB[7]），可以触发载波上的特定处理以及一个或多个有效载荷块。bundle拷贝在网络中按照存储-携带-转发机制进行传播。BP节点决定将束的副本转发到哪个中间节点，这是路由算法的 BPRFC不指定任何路由算法。然而，需要这样的算法或协议来确定转发捆绑到的最佳中间节点。尽管如此，研究界提出的许多路由算法仍然存在：流行病，统计导向，位置集中，社会基础等。BP实现需要用这样的算法来完成，并且它们通常默认地嵌入若干算法在剩下的部分中，“dtn”代表架构本身，而“dtns”代表遵循dtn架构的网络，dt-iot意味着延迟容忍物联网。dT-IOT代表IOT范例，在网络级别采用dTn方法。15Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20171.1.3间歇连接IoT中的编程支持基于BP的平台可以为针对DT-IOT识别的连通性挑战提供解决方案。然而，dT n和BP只解决了连接性的挑战，并没有提供任何支持来轻松地编程事物合作。 BP可以被比作用于DTNS的不可靠传输协议。在基于bp的平台之上需要一个中间件。互联网的中间件系统越来越多地受到Web的启发[8]。事实上，事物通常被认为是客户端或服务器。客户端通过常规的HTTP方法或通过依赖于类似于HTTP的protocolTM的通信手段来请求服务器。然后，服务器用嵌入常规HTTP代码响应的响应来应答 这种架构和编程风格直接继承自传统的Web。传统网络之于互联网，就像物联网之于物联网一样。在这篇论文中，术语WOT被用来限定遵循传统Web原则的中间件系统在许多环境和应用中，传统的Web在网络使用、RAm和cPu方面是轻量级的，可伸缩的，易于理解和理解。由于这些原因，重用Web技术是有意义的.REST架构[9]允许走得更远，而不仅仅是Web原则。REST架构是一组几个约束：客户端/服务器架构、无状态服务器、可缓存响应、分层设计、统一接口和可选的按需代码。它增强了可伸缩性、互操作性、可移植性、性能和简单性。所有这些性质都极大地有利于一个WO上下文，因此本文的贡献是明确的调查休息。面向资源的方法完全工作可以分为两种不同的方法。第一种方法是以资源为导向。根据w3c[10]的说法，在这种方法中，事物托管的资源被认为是“信息空间中的感兴趣的几个协议和实现包含这种方法。其中一个突出的是一个新兴的、面向Web的、静态的协议：约束应用程序协议（COAP[11]）。 COAP是一种基于请求/响应的协议，其允许资源受限的设备（例如物品）一起异步交互。依赖于UDP，定义了重传机制以提供可靠的交换。请求和响应分别包含HTTP方法和HTTP状态，在HTTP状态上有一些轻微的语义差异。本论文的研究背景主要是关于DT-IOT的.此外，由于研究了面向Web的系统，因此可以将上下文缩小到延迟容忍物联网（DT-WOT）。此外，如果coAP看起来是一个很好的dT-WOT编程支持的候选者，那么它就不能按原样使用。事实上，自COAP以来，16Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias2017它是按传统网络设计的，有些特点不适合DTNS。例如，依赖于UDP的COAP使用IP地址和端口作为通信入口点，而DTNS可能根本不依赖于IP。此外，它的拥塞控制和重传机制是不适合的，因为是为dTns。需要对这些不合适的特征进行研究，以便将COAP转换为d T n上下文。面向服务的方法面向资源的系统提供了很少的手段来描述，识别和发现的资源，特别是在没有节点可以作为一个集中的注册表。这种机制的缺乏本质上是由面向服务的方法来实现的实际上，这种方法由一组规则组成，这些规则定义了服务的描述、它们的广告/发现和它们的调用。除了面向资源的方法之外，本文还考虑了面向服务的方法，这两种方法都与REST兼容。这种方法依赖于并包含通常所谓的面向服务的体系结构、面向服务的网络和面向服务的计算。一般来说，从面向资源的解决方案到SOA解决方案提供了更多的方法和可能性。服务描述、服务广告和服务发现是SOA平台的主要关注点之 SOA解决方案由三个不同的实体组成：注册中心、客户端和服务提供商。服务提供者在称为服务描述器的文档中描述他们自己的服务功能和能力。此描述符发布到注册表中。客户机通过注册表查找找到服务提供者，然后可以直接调用服务提供者。由于其松散耦合和后期绑定的特性，SOA系统适用于分布式网络。事实上，在这样的环境中，没有节点可以作为注册中心依赖，因此需要克服发现挑战。此外，dT n节点经历特定的网络约束，这些约束必须在服务描述中考虑。例如，服务通知何时可用（即，其主机何时唤醒），直到预期其何时可用以及在哪个位置可以请求它这些细节在传统网络中通常没有意义，因此被忽略了。COAP利用了一种发现和描述机制[12]，但是它太局限于适应DTN：它依赖于节点之间的直接交换，并且资源描述不提供dtn中所有需要的细节环境很少有作品在dTn文献讨论了SOA，尽管它似乎真的很适合在这些网络中启用面向服务的系统。17Programming Support for a Delay-TolerantWe b ofThings s Mae l Auzias20171.2提案本论文的研究目的可以概括为：如何提供一个程序化的支持 为了那辆车？首先，寻求一种面向资源的解决办法。的确，由于这是解决IoT中的编程挑战的常见方式，因此遵循这种在传统网络中已被证明为轻量级和可伸缩的实践是有意义的第二，寻求面向服务的解决方案它的目的是提供发现和资源/服务描述，缺乏面向资源的方法。本文的贡献是明确的调查，尽可能接近现有的标准（Rfc和架构）。事实上，标准是众所周知的，可靠的，经过测试和批准的。它们还简化了程序员的实现和开发任务，因为他们已经理解了标准。针对上述两个问题，本文提出了以下几点建议第一个贡献是提出了一个面向资源的编程支持，使一个数据交互。它包括通过根本性的调整和增强来转换coap，以使用BP作为约束力。这些修改和调整被实现到一个名为boa P的原型中。大多数COAP特征被相应地转置到BOAP中并且符合RFC7252（例如，序列化、CON/NON消息、去重等等）。提 出 了 一 种 新 颖 的 分 布 式网络 中间 件系统 的评 价方法 该 方 法 依 赖 于Swarm/Docker提供的仿真平台，利用两种不同类型的节点移动性：人工移动性和基于现实的移动性。准确地评估协议和实现是分布式网络中的一个挑战。由于节点移动性、场景、无线电范围、无线电干扰、节点联网行为都是近似的，因此通常只进行粗粒度的仿真。目前的文献显示没有共识的实验方法和近似。 只有真实世界的实验才能提供精确的数据，但由于成本问题，很少有人这样做。在这篇论文中，没有模拟在节点上运行的实现。实际上，为了评估boa P性能，首先将其部署在小型物理网络中。然后，使用仿真这种架构适用于dTn上下文：它在模拟网络链路的同时模拟网络节点 实验结果比基于仿真的结果更接近真实世界的部署。这些实验证实了boaP是足够可靠的，甚至可以用来支持一个可靠的面向服务的DT-WOT中间件。• 一个SOA和RESTful编程支持，在构建时考虑到了IOT并进行了调整to dTn environments环境comes来as the last contribution贡献. 这种面向服务的18··
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