DOMAINES DE SPÉCIALISATION ET DE RECHERCHE 

Télécommunications et réseaux :  Réseaux, Systèmes et services, Domotique intelligente.

Laboratoires mobiles, Laboratoires à distance, IoT et Systèmes intelligents (Smart Architectures), Systèmes embarqués, Systèmes distribués, Infrastructures et Technologies sans fil.

ACTIVITE DE RECHERCHE

Nous menons nos travaux de recherche au sein des laboratoires LTI (Laboratoire de Traitement de l’Information) de l’ESP de l’UCAD, LIRT (laboratoire d’Informatique, de Réseaux et de Télécommunications) de l’ESP de l’UCAD et à la chaire en systèmes intelligents d’apprentissage repensé pour Tous (UNESCO Chair for Global Smart Disruptive Learning (GSDL)) UNESCO en Global Smart Disruptive Learning (GSDL) de la TELUQ | Université du Québec à Montréal. Ceci traduit l’acte de la collaboration dans nos activités de recherche.

Nous menons nos recherches dans le domaine des Laboratoires mobiles, de l’Informatique Géodistribuée ou Fog Computing et des Infrastructures -Technologies sans fil.

Pour les Laboratoires Mobiles, nos recherches s’orientent autour de nouveaux défis de la cohabitation de différents objets connectés, d’équipements réseaux existants et de réseaux d’accès sans fil hétérogènes, radicalement différents, pour les besoins de l’usager mobile et la compréhension de son environnement. Dans la mobilité, les Laboratoires Mobiles sont un ensemble de solutions mobiles ou plateformes/dispositifs mobiles communicantes pouvant permettre la surveillance, le monitoring, la télémédecine, le contrôle à distance, la télécommande, l’apprentissage de son environnement, ….  

Pour l’Informatique Géodistribué ou Fog Computing et les Infrastructures-Technologies sans fil, ils s’ajoutent les défis de la communication et la sécurité dans l’Internet des Véhicules (IoV, Internet of Vehicle) et ceux des architectures réseaux SDN (Software-Defined Network) pour apporter la flexibilité dans la gestion des réseaux des véhicules.

Par ailleurs, l’avènement de l’Internet des Objets (IoT) et la mobilité ont précipité un nouveau mode d’interaction redéfinissant le rôle de la présence humaine. Ce nouveau rôle n’est plus principalement d’agir et d’interagir directement avec l’environnement, mais plutôt de superviser son déroulement automatisé.

Cependant, la proposition de nouveaux modèles de Laboratoires Mobiles de Nouvelle Génération est nécessaire. Un Laboratoire Mobile de Nouvelle Génération est alors caractérisé par une utilisation massive d’objets intelligents, d’appareillages intelligents et l’omniprésence des réseaux sans fil hétérogènes définissant ainsi de nouveaux services et de services à valeurs ajoutées pour le transport, la cité, l’industrie, l’aviation, l’université, l’éducation, la recherche, l’armée et la gouvernance d’établissements publiques/privés. 

L’objectif principal de nos recherches est de participer, au débat scientifique actuel relatif à l’IoT et l’IoV en proposant un modèle de Réseau de Capteurs Véhiculaires Intelligents pour faciliter l’implémentation de fonctions d’intelligence aux véhicules modernes et aux laboratoires mobiles de nouvelle génération. 

Les objectifs de recherche spécifiques sont de proposer des modèles d’infrastructures Cloud, des modèles d’architectures réseaux basés sur le SDN, des systèmes/schémas de sécurité légers pour le support global de nouveaux services et de services à valeurs ajoutés aux usagers, aux entreprises, aux universités, aux industries, …. Aussi, ces nouveaux services permettront aux usagers d’être dans l’entreprenariat comme des fournisseurs de services numériques indépendants en bénéficiant de l’économie numérique.

Motivation

         Le Numérique ou la Digitalisation et leur permanente innovation attisent la curiosité et suscitent de nouveaux services, de services à valeurs ajoutées chez les professionnels, les universitaires, les militaires, les particuliers, …. De plus en plus, la mobilité est plus qu’une réalité et on assiste à un déploiement de technologies sans fil omniprésentes permettant la collaboration délocalisée.

Cependant, un appareil mobile est souvent multi-interfaces et un véhicule moderne est incorporé de plusieurs capteurs, de systèmes de contrôles/commandes et d’autres interfaces…. Avec la technologie 5G et l’Internet des Objets (IoT), l’Internet des Véhicules (IoV) devient une réalité. 

Alors, les véhicules modernes pourraient être transformés en des dispositifs mobiles communicants pouvant aider à la surveillance, au monitoring, à la télémédecine, au contrôle à distance, à la télécommande, à l’apprentissage de l’environnement, ….

Parallèlement, les structures d’entreprises publiques/privées, industrielles, universitaires, gouvernementales, familiales… subissent l’évolution du numérique. Les nouveaux types d’appareillages/équipements sans fil doivent être déployés nécessairement en cohabitation avec ceux déjà existants en réseau pour superviser et contrôler les écosystèmes. Pour bénéficier en toute simplicité de l’ensemble des possibilités offertes par les Plateformes/systèmes numériques, les technologies sans fil hétérogènes et omniprésents, nous sommes en droit de penser que des solutions/dispositifs mobiles devront nous permettre de mener et de poursuivre des activités de laboratoire où il n’existe pas un plateau de services à proximité. Dans la mobilité, nommés « Laboratoires Mobiles » de nouvelle génération, ces dispositifs mobiles « communicants » doivent être conçus et déployés pour répondre au plus près des besoins des usagers en mobilité.

Résultats dans la littérature

Pour gérer la mobilité et le multihoming, la plupart des approches proposées dans la littérature sont des solutions locales, et n’agissent que sur une partie des améliorations exigées sur l’architecture actuelle d’Internet (Protocole IP). Par exemple, le Mobile IP (MIP) se focalise principalement sur la mobilité. D’autres solutions existent également, comme : i3 (Internet Indirection Infrastructure), mSCTP et Shim6 entre autres. Malgré tout cela, les problèmes de l’architecture d’Internet restent toujours sans solution efficace pour la mobilité car le protocole IP est dégradé de nature par son rôle dual d’identificateur et de localisateur. Cette préoccupation sur la recherche de solution efficace a fait l’objet de plusieurs débats au sein de l’IETF, ainsi le NSRG (Namespace Research Group) fut activé entre 1999 et 2003. Un rapport fut produit et stipule clairement l’usage d’un autre espace de nom autre que les adresses IPv4 de 32bits. Avec le déploiement progressif d’IPv6, l’interopérabilité entre IPv4 et IPv6 demeure un autre problème non résolu par le modèle TCP/IP.

               Par ailleurs avec le Numérique et la Digitalisation, plusieurs concepts en lien avec la communication véhiculaire ont été développés et la recherche dans ce domaine demeure très active. Les premières applications des réseaux de véhicules sont majoritairement liées à la sécurité et la sureté. L’objectif principal étant de réduire les accidents de la route via un système d’échange et de diffusion de messages d’alertes lorsqu’un événement dangereux se produit. Les architectures, les protocoles et leurs implémentations sont traditionnellement basés sur les architectures réseaux VANET et se font à travers des projets soutenus principalement par les gouvernements et les institutions internationales (Etats-Unis, Japon, Union Européenne…), les organismes de recherche et consortiums (ETSI, IEEE, ISO, SAE, ASTM…). 

Cependant, plusieurs caractéristiques liées au véhicule, c’est-à-dire son modèle de mobilité/communication, ses méthodes de perception et les types de services/applications utilisés font que le concept de l’Internet des Véhicules (IoV) diffère de celui de l’Internet des Objets. Depuis quelques temps, de nouvelles applications commencent à s’installer dans le paysage applicatif des réseaux véhiculaires. Ces applications, regroupées autour de l’Internet des Véhicules, ont surtout un intérêt commercial et suscite une grande attractivité économique auprès des opérateurs privés.

Dans la littérature, plusieurs modèles Cloud pour l’IoV sont proposés. En fonction de ces modèles, plusieurs services peuvent être déployés. La vision ubiquitaire de l’IoV fait qu’un modèle de communication à portée locale ne peut convenir à tous les services/applications. En outre, un modèle de communication à portée globale est parfois inutile, onéreux, non optimale du fait de l’intérêt/pertinence locale d’un service. Un compromis serait alors d’utiliser un modèle où la portée locale ou globale de chaque information est déterminée avant son traitement et sa diffusion. La communication dans l’IoV se fait en mode pair-à-pair ou en mode client-serveur en s’appuyant sur un conglomérat complexe et hétérogène d’entités sans fil. 

Désignées sous différents noms, trois (03) architectures Cloud sont principalement utilisées notamment Cloud-based Architecture/Vehicles using Clouds/Vehicles to Clouds, Vehicle-based architecture/Vehicular Clouds/Vehicles as Clouds et Hybrid architecture/Hybrid Vehicular Clouds/Vehicles with Cloud.

Suivant la vision de l’IoT, on se rend compte que les capteurs devront être placés partout. En effet sans capteurs, il n’y a point l’IoT. Le modèle «S2aaS » (Sensing as a Service) se présente aujourd’hui comme une solution permettant de transformer les données brutes issues des capteurs en « information » et en « connaissance » dont il est impossible d’acquérir par les méthodes traditionnelles. Le S2aaS tire parti de la mobilité des véhicules afin de suivre la vision 4A (Anywhere, Anytime, by Anyone and Anything). L’intégration du S2aaS dans l’IoV est alors un intérêt économique sans précédent.

            Dans la littérature, la plupart des travaux relatifs au S2aaS attaque le défi de la taxonomie des solutions existantes. Un modèle S2aaS est proposé pour exploiter les différents capteurs incorporés dans les Smartphones fournissant un service de perception gérés par plusieurs serveurs Cloud. Les auteurs modèles S2aaS insistent sur trois points : la capacité à pouvoir supporter plusieurs plateformes mobiles, la capacité à pouvoir inciter les individus à partager leurs données, et l’économie d’énergie. Les modèles S2aaS existants suivent trois catégories : le Fournisseur de services « Search », le service « GPS-less Sensing/Scheduling » et le fournisseur de services « Recruitment ». Un autre modèle S2aaS est découpé en quatre couches : sensors and sensors owners; sensors publishers (SPs); extended service providers (ESPs); et sensors data consumers. Quelques exemples d’utilisation de ces modèles sont présentés notamment la gestion des ordures, le Smart agriculture et la gestion environnementale. Le modèle « CASSARAM » s’occupe de la recherche, la sélection et le classement de capteurs. La sensibilité de contexte est aussi utilisée en combinant les techniques de raisonnement quantitatif et la recherche sémantique afin d’améliorer les performances du système associé. Un framework virtuel de gestion des capteurs en s’appuyant sur le paradigme e-SOA (event-driven Service Oriented Architecture) est aussi proposé dans la littérature. Ce Framework facilite l’interrogation des objets connectés et les services associés ; de même un mécanisme de contrôle d’accès sémantique est utilisé. Pour un réseau de capteurs virtuels, deux (02) algorithmes sont proposés notamment RADV et RADE. L’algorithme RADV permet de virtualiser les capteurs issus du Cloud des objets. RADE est un algorithme distribué d’estimation d’un ensemble de paramètres inconnus. 

PRODUCTION SCIENTIFIQUE

Nos travaux de recherche ont abouti à quinze (15) publications. Ces publications sont publiées dans IEEE Xplore, IGI Global et iCEER (INEER), et sont indexées dans les bases de données internationales Elsevier SCOPUS, DBLP, INSPEC -journalsList, IET-Journals et Springer.

J’ai eu à participer à plusieurs conférences internationales et suis Reviewer dans plusieurs journaux et comités de programmes. 

La production scientifique est listée ci-après : 

1. Un nouveau modèle de communication de capteurs véhiculaires basé sur un véhicule vu comme une plateforme numérique intelligente. 

Ce nouveau modèle d’un « Réseau de Capteurs Véhiculaire Intelligent » ou IVSN (Intelligent Vehicular Sensor Network) est basé à la fois sur la sensibilité spatiale, la sensibilité de données, la sensibilité de groupes et la sensibilité de contexte. Dans ce modèle, le véhicule a une « conscience de soi » car il se dote de capacités de traitement et de raisonnement sur les données issues de ses capteurs incorporés. Il est alors sensible aux contextes de son voisinage contextuel.

Puis, à partir de ce modèle IVSN, un nouveau modèle de services Cloud pour l’IoV, nommés S2aaS (Sensing as a Service), est proposé. 

Ce nouveau modèle S2aaS est composé de couches basses constituant le Cloud Local (capteurs embarqués dans les véhicules, ordinateur de bord (OBU), infrastructures au bord de la route (RSU, Road Side Unit)) et de couches hautes constituant le Cloud Conventionnel (Middleware, Serveurs d’applications). Le middleware représente le cœur du S2aaS et est chargé de la transformation de l’information en connaissance puis en compréhension pour l’usager.

2.  Une nouvelle architecture réseau VANET (Vehicular Ad Hoc Network) basé sur les technologies SDN (Software-Defined Network) 

Cette nouvelle architecture est proposée pour la communication des véhicules intelligents. Dans la validation, cette architecture SDN pour la communication véhiculaire est implémentée en un prototype composé de Switches SDN, de points d’accès WiFi SDN et de contrôleurs SDN. Le Backbone SDN assure le transport des plans de contrôle relatifs aux schémas de mobilité et de routage vers les contrôleurs SDN dédiés. Dans cette nouvelle architecture SDN proposée pour la communication véhiculaire, l’intelligence réseau est centralisée dans le contrôleur de mobilité nommé SDNVANET qui gère exclusivement le plan de contrôle du VANET (communication V2V et V2I, Vehicle-to-Infrastructure). Ce contrôleur gère le statut et la topologie des véhicules pour le routage de paquets. 

3. Un nouveau schéma AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data) basé sur le protocole  MQTT (Message Queue Telemetry Transport-Sensor Network). 

Dans l’architecture SDN proposée pour la communication véhiculaire, le niveau d’accès réseau est constitué de points d’accès WiFi-SDN. Nous recherchons alors un protocole de messagerie léger pour faire communiquer les capteurs incorporés aux véhicules dans un environnement où les déconnexions/reconnexions sont fréquentes. Dans l’IoT les déconnexions des capteurs ne sont pas rares mais il faut quand même pouvoir retransmettre les informations lors de la reconnexion. Ainsi, en se basant sur le protocole MQTT-SN dédié aux objets contraints, le schéma AEAD utilise le ChaCha20 pour chiffrer les données en messages MQTT, et le Poly1305 pour authentifier les capteurs incorporés aux véhicules. Le schéma de sécurité proposée assure un chiffrement de bout-en-bout. Chacha20 et Poly1305 sont des algorithmes cryptographiques légers dont leurs implémentations logicielles sont particulièrement performantes comparées aux schémas s’appuyant sur l’algorithme AES.

4. Thèse :

Dans nos travaux de thèse unique, notre contribution majeure est nommée « Hyperviseur de passerelles/interfaces sans fil ». Ce dernier maintient les communications d’activités de laboratoires mobiles et des composants incorporés durant le déplacement (traversée de différents réseaux sans fil hétérogènes). L’hyperviseur sélectionne le réseau d'accès sans fil le plus favorable selon des critères de contexte (fiabilité, coût, latence, etc.) et adapte au mieux le flux ou la distribution des communications des composants entre les passerelles/interfaces sans fil actives. 

Dans un très proche avenir, le Modèle de laboratoire mobile de future génération proposé devrait devenir très fréquent, par exemple, pour disposer des réseaux de capteurs dans les voitures, les bus, les trains, les avions afin de permettre l’accès aux services lorsque le véhicule se déplace. Cet hyperviseur fait alors office de routeur mobile c.à.d. un équipement qui interconnecte le laboratoire mobile aux réseaux d’accès via plusieurs passerelles/interfaces sans fil intégrées.

Un des résultats de la thèse est l’implémentation partielle d’un nouveau schéma de micro-mobilité, de macro-mobilité et du multihoming basé sur le protocole HIP (Host identity Protocole). Implémenter HIP, c’est donc modifier un OS (Linux, Windows…) d’un équipement terminal sans toucher, par exemple, à ses équipements intermédiaires notamment les routeurs (équipements Cisco ou D-Link).  

A ce jour, nous comptabilisons plus de neuf (09) ans d’expérience comme Enseignant-chercheur dans le domaine de la recherche en réseaux et télécommunications.