EDGE COMPUTING FOR ENVIRONMENTAL OBSERVATORIES : PROCESSING ENVIRONMENTAL DATA UNDER A FINITE AND VARIABLE SOLAR ENERGY BUDGET

Résumé :

Les observatoires de la Zone Critique collectent des données environnementales sur des sites isolés, souvent hors réseau électrique. Leurs systèmes actuels, fondés sur des enregistreurs de données, ne permettent d’analyser les mesures qu’une fois parvenues aux serveurs des laboratoires, avec des délais pouvant atteindre plusieurs mois. Cette limitation est incompatible avec la détection en temps utile des événements hydrologiques ou des défaillances de capteurs. L’edge computing offre une solution en plaçant les ressources de calcul au plus près des données, mais son déploiement hors réseau soulève deux défis. D’une part, les charges de travail sont en rafales et le matériel edge n’es pas proportionnel en énergie, entraînant un gaspillage important durant les longues périodes creuses. D’autre part, le budget énergétique, fourni par un panneau solaire et une batterie, est fini et variable. Cette thèse propose trois contributions. Une enquête auprès de 34 observatoires caractérise les pratiques actuelles et établit les besoins. PACE réduit le gaspillage énergétique par consolidation dynamique des nœuds du cluster. HeliosAdapt adapte proactivement la qualité de service sur un horizon de prévision solaire de 24 heures, améliorant la disponibilité de la plateforme lors des périodes de faible production solaire.

Abstract :

Critical Zone Observatories collect environmental data at remote, often off-grid field sites. Their current systems, built around data loggers, can only analyze measurements once they reach laboratory servers, with delays that can span months. This limitation is incompatible with the timely detection of hydrological events or sensor failures. Edge computing offers a solution by placing computational resources close to the data source, but its deployment in off-grid settings raises two challenges. First, workloads are bursty while edge hardware is not energy-proportional, leading to significant waste during the long quiet periods that dominate operation. Second, the energy budget, supplied by a solar panel and a battery, is finite and variable. This thesis makes three contributions. A survey of 34 observatories characterizes current practices and establishes requirements. PACE reduces energy waste through dynamic node consolidation in the cluster. HeliosAdapt proactively adapts service quality over a 24-hour solar forecast horizon, maintaining platform availability even during periods of low solar generation.