LPWAN technologies such as LoRa are widely used for the deployment of IoT applications, in particular for use cases requiring wide coverage and low energy consumption. To minimize the maintenance cost, which can become significant when the number of sensors deployed is large, it is essential to optimize the lifetime of nodes, which remains an important research topic. For this reason, it is necessary that it is based on a fine energy consumption model. Unfortunately, many existing consumption models do not take into account the specifications of the LoRaWAN protocol. In this paper, a refined energy consumption model based on in-situ measurements is provided for a LoRaWAN node. This improved model takes into account the number of nodes in the network, the collision probability that depends on the density of sensors, and the number of retransmissions. Results show the influence of the number of nodes in a LoRaWAN network on the energy consumption of a node and demonstrate that the number of sensors that can be integrated into a LoRaWAN network is limited due to the probability of collision.

One of the key issues with the Internet of Things (IoT) is energy consumption. This type of network is mainly composed of connected objects supplied by an unreliable power source. Wi-Fi HaLow is one of the telecommunication technologies that proposes to connect IoT objects by providing energy optimization mechanisms. It allows the integration of a full IP stack and the implementation of recent security mechanisms. In this article, we introduce power consumption measurements performed on the first device available on the market. In our study, we integrate the current consumed by the power amplifier in transmission phase, and we qualify the power-saving mechanisms. We then propose an analytical model to determine the energy consumed by a sensor node depending on the carried payload. Finally, we validate the use of this technology in IoT application in terms of energy consumption.

The deployment of an IoT network is subject to energy consumption constraints. To minimize service costs, it is essential to optimize the lifetime of objects, which are often powered by unreliable energy sources. This optimization must be based on finely-tuned energy consumption models and those generally proposed in the literature do not take into account all the specificities of the transmission of a connected object. In this article, a refined power consumption model based on in-situ measurements is proposed for an 802.11ah station. This improved model takes into account the number of nodes in the network, the number of retransmission attempts and the various exchanges linked to the higher communication layers. The results show the influence of the number of stations in an 802.11ah network on a station’s energy consumption, and demonstrate that the maximum number is limited by the probability of successful transmission.

L’IoT est un concept innovant qui permet à des objets d’échanger des informations à travers des réseaux de communications. Ces objets sont généralement déployés avec des ressources énergétiques limitées et les protocoles de communications pour l’IoT doivent tenir compte de ces contraintes. Dans cette thèse, nous avons analysé et modélisé la consommation énergétique de deux des protocoles de communication les plus en vue de l’IoT. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au Wi-Fi HaLow. Après une présentation descriptive de ce protocole et de ses mécanismes, ses performances ont été étudiées et qualifiées. Des campagnes de mesures ont montré son bon comportement en termes de portée, de débit et de latence. L’analyse du protocole ainsi que des mesures de l’énergie consommée sur du matériel ont permis d’établir un premier modèle de consommation. Ce dernier tient compte des échanges nécessaires à l’établissement d’une communication. Le modèle a ensuite été affiné pour obtenir une modélisation basée sur une chaîne de Markov absorbante qui prend en compte l’environnement et la densité du réseau. Cette étude permet de valider l’utilisation de cette technologie dans différents domaines de l’IoT. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au protocole LoRaWAN. Des mesures de l’énergie consommée sur du matériel ont permis de proposer un nouveau modèle de consommation énergétique qui prend en compte l’environnement du nœud (retransmissions, erreurs et collisions). Finalement, une comparaison des métriques et de la consommation énergétique de ces deux protocoles a été réalisée, afin d’ouvrir une discussion sur les perspectives d’utilisation selon des cas d’usage.