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Conception de l'architecture d'un réseau de capteurs sans fil de grande dimension
No full textThis thesis considers the large-scale wireless sensor network (LSWSN) consisting of million nodes. The questions are: how to predict the good working and to compute before deployment the performances of such a network, knowing that no simulator can simulate a network of more than 100000 nodes? How to ensure its configuration to ensure performance, scalability, robustness and longevity? The solution proposed in this thesis is based on a two-tiered heterogeneous architecture of WSN in which the level 1 is composed of sensors and the level 2 of collectors. The first contribution is a multichannel self-organization algorithm, which allows partitioning the network of level 1 into several disjointed sub-networks with one collector and one frequency channel while respecting the principle of frequency reuse. The second contribution is to optimize the deployment of collectors because their number represents that of sub-networks. The problems addressed were: the optimization of sinks locations for a predetermined number of sinks, and the minimization of financial cost related of the sinks' number, for a predetermined number of hops in the sub-networks. An intuitive and appropriate solution to ensure both network performance and cost is to partition the network of level 1 into balanced sub-networks in number of hops. To do this, the physical topology of sinks is a regular geographical grid (square, triangular, etc.). Theoretical studies and simulation of topology models show, depending on application requirements (node density, charge application, delivery models, delay in number of hops) and physical (radio range, surveillance zone), the methodology of choice and the computation of the best deployment solutions.Cette thèse considère les réseaux de capteurs sans fil (RCSF) de grande dimension (de l'ordre du million de noeuds). Les questions posées sont les suivantes : comment prédire le bon fonctionnement et calculer avant déploiement les performances d'un tel réseau, sachant qu'aucun simulateur ne peut simuler un réseau de plus de 100 000 noeuds ? Comment assurer sa configuration pour garantir performance, passage à l'échelle, robustesse et durabilité ? La solution proposée dans cette thèse s'appuie sur une architecture de RCSF hétérogène à deux niveaux, dont le niveau inférieur est composé de capteurs et le niveau supérieur de collecteurs. La première contribution est un algorithme d'auto-organisation multi-canal qui permet de partitionner le réseau inférieur en plusieurs sous-réseaux disjoints avec un collecteur et un canal de fréquence par sous-réseau tout en respectant le principe de réutilisation de fréquence. La seconde contribution est l'optimisation du déploiement des collecteurs car leur nombre représente celui des sous-réseaux. Les problèmes traités ont été : l'optimisation des emplacements des puits pour un nombre prédéfini de puits et la minimisation du nombre de puits ou du coût pour un nombre prédéfini de sauts dans les sous-réseaux. Une solution intuitive et appropriée pour assurer à la fois performances réseaux et coût, est de partitionner le réseau inférieur en sous-réseaux équilibrés en nombre de sauts. Pour ce faire, la topologie physique des puits est une répartition géographique régulière en grille (carrée, triangulaire, etc.). Des études théoriques et expérimentales par simulation des modèles de topologie montrent, en fonction des besoins applicatifs (densité de noeuds, charge applicative, distribution des envois, délai en nombre de saut) et physiques (portée radio, zone de surveillance), la méthodologie de choix et le calcul des meilleures solutions de déploiement
Multi-channel clustering algorithm for improving performance of large-scale Wireless multi-sink sensor networks
No full textInternational audienceThis paper presents a simple and distributed clustering algorithm suitable for large-scale wireless sensor networks (WSNs) consisting of several thousands of sensor nodes and few sink nodes. A two-tiered hierarchical architecture is used to increase scalability and ensure performances and durability of such a system: Level 1 called sensor network is partitioned into several equilibrate clusters with one leader or sink by cluster; Level 2 also called sink network is composed by N sink nodes placed in planned manner into monitored region and is connected through IEEE 802.11 radio interfaces. A multi-channel system is used to create a cellular structure by assigning one frequency channel per cluster. We use simulation technique to evaluate and compare the impact of two distributed schemes (a single channel one and a multi-channel one) on network capacity like traffic load, energy consumption, medium access delay, end-to-end delay and data delivery ratio
Auto-organisation avec canaux et puits multiples de réseaux de capteurs sans fil de grande taille
No full textNational audienceCe papier présente un protocole de clustering simple et distribué, approprié pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) de grande taille composés de plusieurs milliers de noeuds capteurs. Une architecture à deux niveaux est utilisée pour assurer performance, passage à l'échelle et durabilité : N puits (bien) répartis dans l'espace sont connectés par Wi-Fi en réseau de niveau 2 appelé réseau de puits. Un algorithme d'autoorganisation est proposé pour créer une organisation hiérarchique du réseau de niveau 1 appelé réseau de capteurs. Il partitionne le réseau de capteurs en plusieurs sous-réseaux ou clusters disjoints ayant sensiblement la même profondeur en nombre de sauts. La disponibilité de canaux fréquentiels multiples est ensuite mise à profit pour créer une structure cellulaire en allouant un canal par sous-réseau. L'évaluation de la proposition, effectuée à l'aide de simulations sur un réseau de grande taille, jusqu'à 10 000 nœuds, porte sur le taux de d'intégration ou de connexité des nœuds dans la structure, sur la charge du trafic, sur les délais et sur le taux de livraison des paquets. Une comparaison avec un réseau de capteurs à un seul canal sur la même topologie montre l'intérêt des canaux multiples
Auto-organisation avec canaux et puits multiples de réseaux de capteurs sans fil de grande taille
No full textNational audienceCe papier présente un protocole de clustering simple et distribué, approprié pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) de grande taille composés de plusieurs milliers de noeuds capteurs. Une architecture à deux niveaux est utilisée pour assurer performance, passage à l'échelle et durabilité : N puits (bien) répartis dans l'espace sont connectés par Wi-Fi en réseau de niveau 2 appelé réseau de puits. Un algorithme d'autoorganisation est proposé pour créer une organisation hiérarchique du réseau de niveau 1 appelé réseau de capteurs. Il partitionne le réseau de capteurs en plusieurs sous-réseaux ou clusters disjoints ayant sensiblement la même profondeur en nombre de sauts. La disponibilité de canaux fréquentiels multiples est ensuite mise à profit pour créer une structure cellulaire en allouant un canal par sous-réseau. L'évaluation de la proposition, effectuée à l'aide de simulations sur un réseau de grande taille, jusqu'à 10 000 nœuds, porte sur le taux de d'intégration ou de connexité des nœuds dans la structure, sur la charge du trafic, sur les délais et sur le taux de livraison des paquets. Une comparaison avec un réseau de capteurs à un seul canal sur la même topologie montre l'intérêt des canaux multiples
Multi-channel clustering algorithm for improving performance of large-scale wireless multi-sink sensor networks
No full textAdaptive management of energy consumption, reliability and delay of wireless sensor node: Application to IEEE 802.15.4 wireless sensor node.
No full textDesigning a Wireless Sensor Network (WSN) to achieve a high Quality of Service (QoS) (network performance and durability) is a challenging problem. We address it by focusing on the performance of the 802.15.4 communication protocol because the IEEE 802.15.4 Standard is actually considered as one of the reference technologies in WSNs. In this paper, we propose to control the sustainable use of resources (i.e., energy consumption, reliability and timely packet transmission) of a wireless sensor node equipped with photovoltaic cells by an adaptive tuning not only of the MAC (Medium Access Control) parameters but also of the sampling frequency of the node. To do this, we use one of the existing control approaches, namely the viability theory, which aims to preserve the functions and the controls of a dynamic system in a set of desirable states. So, an analytical model, describing the evolution over time of nodal resources, is derived and used by a viability algorithm for the adaptive tuning of the IEEE 802.15.4 MAC protocol. The simulation analysis shows that our solution allows ensuring indefinitely, in the absence of hardware failure, the operations (lifetime duration, reliability and timely packet transmission) of an 802.15.4 WSN and one can temporarily increase the sampling frequency of the node beyond the regular sampling one. This latter brings advantages for agricultural and environmental applications such as precision agriculture, flood or fire prevention. Main results show that our current approach enable to send more information when critical events occur without the node runs out of energy. Finally, we argue that our approach is generic and can be applied to other types of WSN
Adaptive management of energy consumption, reliability and delay of wireless sensor node: Application to IEEE 802.15.4 wireless sensor node
No full textEnsuring Performances of Large Scale Wireless Sensor Networks with Multiple Sinks and Multiple Channels
No full textInternational audienceThis paper presents a simple and distributed clustering algorithm suitable for large-scale wireless sensor networks (LSWSNs) consisting of several thousands of nodes. A two-tiered hierarchical architecture is used to increase scalability and ensure performances and durability of such a system: Level 1 called sensor network is partitioned into several equilibrate clusters with one leader or sink by cluster; Level 2 also called sink network is composed by N sink nodes placed in planned manner into monitored region and is connected through IEEE 802.11 radio interfaces. A multi-channel system is used to create a cellular structure by assigning one frequency channel per cluster. We use simulation technique to evaluate and compare the impact of two distributed schemes (a single channel one and a multi-channel one) on network capacities like traffic load, energy consumption, medium access delay, end-to-end delay and data delivery ratio
Cluster-based multi-channel system for improving performance of large-scale wireless multi-sink sensor networks
No full textInternational audienceThis paper presents a simple and distributed clustering algorithm suitable for large-scale wireless sensor networks (WSNs) consisting of several thousands of sensor nodes and few sink nodes. A two-tiered hierarchical architecture is used to increase scalability and ensure performances and durability of such a system: Level 1 called sensor network is partitioned into several equilibrate clusters with one leader or sink by cluster; Level 2 also called sink network is composed by N sinks nodes placed in planned manner into monitored region and is connected through IEEE 802.11 radio interfaces. A multi-channel system is used to create a cellular structure by assigning one frequency channel per cluster. We use simulation technique to evaluate and compare the impact of two distributed schemes (a single channel one and a multi-channel one) on network capacity like traffic load, energy consumption, medium access delay, end-to-end delay and data delivery ratio
