Tomas Lagos Jenschke, Nicolas Montavont, Remous-Aris Koutsiamanis, Georgios Z. Papadopoulos, Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique (IMT Atlantique - SRCD), IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), RÉSEAUX, TÉLÉCOMMUNICATION ET SERVICES (IRISA-D2), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Département Automatique, Productique et Informatique (IMT Atlantique - DAPI), Software Stack for Massively Geo-Distributed Infrastructures (LS2N - équipe STACK), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), This work was partially performedand supported under the TPI ANR-17-CE10-0007-01 project of the French National Research Agency (ANR)., ANR-17-CE10-0007,TPI,Toward Deterministic and Predictable Industrial 4.0(2017), IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Software Stack for Massively Geo-Distributed Infrastructures (STACK), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques, and Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques
International audience; The Internet of Things (IoT) has become ubiquitous due to its flexibility, ease-of-use, and reduced cost. As a consequence, the industry is adopting these systems in its transformation into Industry 4.0. However, the strict Quality of Service (QoS) requirements of the industry are not met with the default best-effort provisions of the IoT. Most industrial applications require strict guarantees in terms of end-to-end network reliability and latency. For instance, consecutive packet losses can lead to communication disruptions in supply chain systems. Therefore, adaptations are being made to fulfill these requirements with the IEEE Std 802.15.4-2015 Time slotted Channel Hopping (TSCH) link-layer standard and the IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL) standard at the Internet Engineering Task Force (IETF). However, even by employing such industrial protocols, it is still difficult to achieve the expected QoS levels. Considering that RPL constructs and maintains a single-path from a source to a destination if there are potential issues on this path (e.g., queue overflow, variable wireless link quality) packets may suffer unexpected delays and even drops. If we consider a multi-path implementation where each node can replicate a packet into several paths, the transmission reliability improves since each packet copy is used to forward the packet information. However, uncontrolled replication can lead to network flooding, resulting in excessive power consumption. In this article, we present On-Demand Selection (ODeSe), a novel multi-path routing algorithm, which improves our previous work, the Common Ancestor (CA) algorithms, by selecting the most suitable upward forwarders. Moreover, we use the Packet Automatic Repeat reQuest, Replication and Elimination, and Overhearing (PAREO) functions in order to improve network reliability and availability. In order to control the number of relay nodes during a transmission, ODeSe forces each node of the same relay level to select the same Preferred Parent (PP) and the same Alternative Parent (AP). Thus, we address the trade-off between the total number of traversed nodes in the network and high reliability. Using the Cooja network simulator running the Contiki OS, we compare ODeSe against single-path RPL and multi-path RPL with different alternative parent selection algorithms. The results demonstrate that ODeSe outperforms single-path RPL in terms of reliability, and multi-path RPL in terms of energy consumption while maintaining a 99.14% packet delivery ratio.