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THÈSE / UNIVERSITÉ DE BRETAGNE SUD UFR Sciences et Sciences de l’Ingénieur sous

THÈSE / UNIVERSITÉ DE BRETAGNE SUD UFR Sciences et Sciences de l’Ingénieur sous le sceau de l’Université Européenne de Bretagne Pour obtenir le grade de : DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE BRETAGNE SUD Mention : Informatique École Doctorale SICMA présentée par Maël Auzias IRISA Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Thèse soutenue le 03-10-2017, devant la commission d’examen composée de : M. Frédéric GUINAND Professeur des universités, Université Le Havre / Président M. Nicolas MONTAVONT Professeur des universités, IMT Atlantique / Rapporteur M. Michaël MRISSA Professeur des universités, Université de Pau et des Pays de l’Adour / Rapporteur Mme. Pascale LAUNAY Maître de Conférences, Université de Bretagne-Sud / Examinatrice M. Yves MAHÉO Maître de Conférences HDR, Université de Bretagne-Sud / Directeur de thèse M. Frédéric RAIMBAULT Maître de Conférences, Université de Bretagne-Sud / Encadrant de thèse Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Maël Auzias 2017 À Maryse 2 Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Maël Auzias 2017 Acknowledgements Acknowledgements below are for various persons that help me ﬁnishing this work, each by its own way. Since some are non-English speakers yet primarily concerned by these, there are written in appropriate language. I thank a lot all my colleagues, especially Armel, Ali, Kader, Romain H., Pamela, Alan, Lucas B., Marc, Romain D., Mathieu, Lionel, Delphine, Raounak, Rymel and Nader, as well as my friends, Xavier, Matti, Aurélia, Audrey L., Victor, Margot, Lucas M., Milad, Lucas G., Carlos, Nano, Alba, Andreea M., Anna, AB, Luís, Elena, Daniele, and Andrea C., who help me by both pushing me to work over the clock but also by relaxing with agreeable moments shared altogether. Merci aussi aux pouer-mouers qui ont aidé soit en bons moments via slack, soit en fournissant des pistes et conseils dans le domaine professionnel mais aussi pour Rust et OW. Moc děkuju Míše a Peťe za společně strávené momenty, které mi pomohli se uvolnit, když jsem potřeboval. Taky moc děkuju Markétě a Magdaléně za jejich výbornou práci na Czech Vibes Sounds, která mi poskytla příjemné melodické prostředí, díky němuž jsem se mohl soustředit na vypracování mojí doktorantské práce. Merci François, Marie-Claude, ke la don’ a moin la chance woir zot ti péï, resours’ à moin. Merci Mylène aussi, sem’ moin, tou lé jours pou avancer. Merci à ma famille pour le soutien, les encouragements et la motivation que vous avez sû me donner, notamment Maryse par le biais de ces mots rapportés. Merci à Vincent Creuze et Jean-Paul Rigault pour leur lettre de recommandation ainsi que les discussions que nous avons eu et qui m’ont remotivé. Merci enﬁn à Yves et Frédérique, mon directeur de thèse et mon co-encadrant, pour m’avoir guider et aider tout au long de ce travail, ainsi qu’à Mario, Sylviane et Anne sans qui le labo ne pourrait pas fonctionner. 3 Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Maël Auzias 2017 4 Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Maël Auzias 2017 Contents List of Figures 9 List of Tables 11 1 Introduction 13 1.1 Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.1 Intermittently Connected IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.1.2 Communication in Intermittently Connected IoT . . . . . . . 14 1.1.3 Programming Support in Intermittently Connected IoT . . . . 16 1.2 Proposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3 Thesis Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2 State of the Art 21 2.1 Challenged Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.1 Delay-Tolerant Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.2 Opportunistic Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 IoT Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1 Resource-Oriented Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2 Service-Oriented Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.3 Other Approaches and Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3 DT and Opportunistic Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.1 Pragmatic Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.2 Programming Paradigms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3 BoaP 43 3.1 Presentation of BP and CoAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.1 Bundle Protocol (BP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.2 IBR-DTN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.3 Constrained Application Protocol (CoAP) . . . . . . . . . . . 50 3.1.4 Californium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.1.5 BP and CoAP: Arose Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5 Programming Support for a Delay-Tolerant Web of Things Maël Auzias 2017 3.2 CoAP Transposition for a BP-binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2.1 Fundamental Adjustments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2.2 Enhancements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.3 BoaP Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.1 IBR-DTN Java API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.2 BoaP Prototype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.3.3 Comparison of CoAP and BoaP Features . . . . . . . . . . . . 74 3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4 Evaluations 77 4.1 Preliminary Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.1.1 Latency Between BP Endpoints and Daemon . . . . . . . . . 78 4.1.2 Validating BoaP in a small network . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.2 Experimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.2.1 Experimentations Platform . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Litterature/ 2017-these-auzias-m.pdf