Localisation Et Détection de Fautes Dans Les Réseaux de Capteurs Sans Fil PDF Download
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Author: Safdar Abbas Khan
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Languages : en
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Book Description
In this thesis three themes related to wireless sensor networks (WSNs) are covered. The first one concerns the power loss in a node signal due to voltage droop in the battery of the node. In the first part of the thesis a method is proposed to compensate for the apparent increase in the calculated distance between the related nodes due to decrease in the energy of the signal sending node battery. A function is proposed whose arguments are the apparently observed RSS and the current voltage of the emitter node battery. The return of the function is the corrected RSS that corresponds to the actual distance amongst the connected nodes. Hence increasing the efficiency of the RSS based localization methods in WSNs. In the second part of the thesis a position estimation method for localization of nodes in a WSN is proposed. In the proposed localization algorithm anchor nodes are used as landmark points. The localization method proposed here does not require any constraint on the placement of the anchors; rather any three randomly chosen nodes can serve as anchors. A heuristic approach is used to find the relative topology with the help of distance matrix. The purpose of the distance matrix is to indicate whether or not a pair of nodes has a connection between them and in case of connectivity it gives the estimated distance between the nodes. By using the information of connectivity between the nodes and their respective distances the topology of the nodes is calculated. This method is heuristic because it uses the point solution from the intersection of two circles instead of conventional triangulation method, where a system of three quadratic equations in two variables is used whereby the computational complexity of the position estimation method is increased. When two connected nodes have another node in common, then by using the information of distances between these interconnected nodes, two possible positions are calculated for the third node. The presence or absence of a connection between the third node and a fourth node helps in finding the accurate possibility out of the two. This process is iterated till all the nodes have been relatively placed. Once the relative topology has been calculated, we need to find the exact symmetry, orientation, and position of this topology in the plane. It is at this moment the knowledge of three nodes positions comes into action. From the relative topology we know the temporary coordinates of the nodes. By having a comparison of certain characteristics between the temporary coordinates and the exact coordinates; first the symmetry of relative topology is obtained that would correspond to the original topology. In other words it tells whether or not the relative topology is a mirror image of the original topology. Some geometrical operators are used to correct the topology position and orientation. Thus, all the nodes in the WSN are localized using exactly three anchors. The last part of the thesis focuses on the detection of faults in a WSN. There is always a possibility that a sensor of a node is not giving accurate measurements all of the time. Therefore, it is necessary to find if a node has developed a faulty sensor. With the precise information about the sensor health, one can determine the extent of reliance on its sensor measurement. To equip a node with multiple sensors is not an economical solution. Thus the sensor measurements of a node are modeled with the help of the fuzzy inference system (FIS). For each node, both recurrent and non-recurrent systems are used to model its sensor measurement. An FIS for a particular node is trained with input variables as the actual sensor measurements of the neighbor nodes and with output variable as the real sensor measurements of that node. The difference between the FIS approximated value and the actual measurement of the sensor is used as an indication for whether or not to declare a node as faulty.
Author: Safdar Abbas Khan
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Book Description
In this thesis three themes related to wireless sensor networks (WSNs) are covered. The first one concerns the power loss in a node signal due to voltage droop in the battery of the node. In the first part of the thesis a method is proposed to compensate for the apparent increase in the calculated distance between the related nodes due to decrease in the energy of the signal sending node battery. A function is proposed whose arguments are the apparently observed RSS and the current voltage of the emitter node battery. The return of the function is the corrected RSS that corresponds to the actual distance amongst the connected nodes. Hence increasing the efficiency of the RSS based localization methods in WSNs. In the second part of the thesis a position estimation method for localization of nodes in a WSN is proposed. In the proposed localization algorithm anchor nodes are used as landmark points. The localization method proposed here does not require any constraint on the placement of the anchors; rather any three randomly chosen nodes can serve as anchors. A heuristic approach is used to find the relative topology with the help of distance matrix. The purpose of the distance matrix is to indicate whether or not a pair of nodes has a connection between them and in case of connectivity it gives the estimated distance between the nodes. By using the information of connectivity between the nodes and their respective distances the topology of the nodes is calculated. This method is heuristic because it uses the point solution from the intersection of two circles instead of conventional triangulation method, where a system of three quadratic equations in two variables is used whereby the computational complexity of the position estimation method is increased. When two connected nodes have another node in common, then by using the information of distances between these interconnected nodes, two possible positions are calculated for the third node. The presence or absence of a connection between the third node and a fourth node helps in finding the accurate possibility out of the two. This process is iterated till all the nodes have been relatively placed. Once the relative topology has been calculated, we need to find the exact symmetry, orientation, and position of this topology in the plane. It is at this moment the knowledge of three nodes positions comes into action. From the relative topology we know the temporary coordinates of the nodes. By having a comparison of certain characteristics between the temporary coordinates and the exact coordinates; first the symmetry of relative topology is obtained that would correspond to the original topology. In other words it tells whether or not the relative topology is a mirror image of the original topology. Some geometrical operators are used to correct the topology position and orientation. Thus, all the nodes in the WSN are localized using exactly three anchors. The last part of the thesis focuses on the detection of faults in a WSN. There is always a possibility that a sensor of a node is not giving accurate measurements all of the time. Therefore, it is necessary to find if a node has developed a faulty sensor. With the precise information about the sensor health, one can determine the extent of reliance on its sensor measurement. To equip a node with multiple sensors is not an economical solution. Thus the sensor measurements of a node are modeled with the help of the fuzzy inference system (FIS). For each node, both recurrent and non-recurrent systems are used to model its sensor measurement. An FIS for a particular node is trained with input variables as the actual sensor measurements of the neighbor nodes and with output variable as the real sensor measurements of that node. The difference between the FIS approximated value and the actual measurement of the sensor is used as an indication for whether or not to declare a node as faulty.
Author: Clément Saad
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Languages : fr
Pages : 138
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Book Description
Comme le firent Internet et les communications sans fil il y a de cela quelques décennies, l'avènement des réseaux de capteurs s'apprête à révolutionner notre mode de vie. Mais avant de voir ces réseaux atteindre un degré de démocratisation identique à celui des téléphones portables par exemple, un certain nombre de problématiques doit être résolu. Aux contraintes traditionnelles des réseaux ad hoc s'ajoutent les limites très strictes liées aux caractéristiques matérielles des capteurs telles que la puissance de calcul, la mémoire et surtout l'alimentation en énergie, rendant les algorithmes existants inadaptés. Cette thèse aborde deux problématiques : celle de la localisation et celle du routage. Concernant la localisation, une famille de trois méthodes est proposée pour estimer les positions des capteurs en y associant des bornes d'erreur, à partir de localisations exactes connues pour certains d'entre eux et en fonction de leurs capacités de mesures. Cette famille est ensuite étendue aux réseaux de capteurs mobiles. Vient alors le problème du routage permettant l'acheminement d'un message d'un capteur vers une station de base lorsqu'il détecte un événement. Les stratégies de routage dit géographique s'appuient sur les positions des capteurs qui sont considérées comme exactes. Or, dans la pratique, ces positions sont rarement précises. Cette thèse propose deux algorithmes de routage destinés respectivement aux réseaux de capteurs statiques et mobiles en considérant des positions estimées, rendant ainsi ces méthodes compatibles avec les algorithmes de localisation
Author: Hamdan Dima
Publisher: Presses Academiques Francophones
ISBN: 9783841620576
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Languages : fr
Pages : 252
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Un reseau de capteurs sans fils est un ensemble de n uds cooperant pour observer un phenomene donne dans une zone geographique. Bien que ce type de reseaux constitue une classe importante parmi les technologies recentes, il n'est pas exempt de problemes dont l'impact peut gravement perturber le fonctionnement du systeme. Il est donc important de mettre en uvre un systeme de gestion des fautes qui tient compte de tous les etats incoherents pouvant etre nuisibles a l'application. Cependant, la mise en place d'un tel systeme de gestion des fautes doit respecter les contraintes de limitation des ressources des capteurs. Ainsi, les travaux existants se focalisent principalement sur certains etats d'incoherence du systeme pour limiter l'utilisation des ressources. Dans ce livre, nous proposons une nouvelle approche globale et generale permettant d'assurer une couverture elargie des fautes tout en maitrisant la consommation des ressources. Pour cela, nous avons propose des solutions de gestion des fautes a trois niveaux: donnees, elements du systeme et services d'application. Finalement, nous avons defini une architecture unique fondee sur l'integration des solutions proposees.
Author: Nezo Ibrahim Fofana
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Languages : fr
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Les réseaux de capteurs sans fil ont connu depuis quelques années un intérêt majeur dans tous les domaines d'activités. Une des informations attendue est la localisation des nœuds capteurs ; pourtant, compte-tenu des contraintes imposées aux capteurs en termes d'encombrement et d'énergie, il est peu envisageable d'équiper le capteur d'équipements spécifiques dédié à la localisation comme un récepteur GPS. Dès lors, localiser le capteur en exploitant le signal de communication est une option intéressante. A l'inverse des techniques Range-Free exploitant des hypothèses de connectivité du réseau, les techniques généralement connues pour atteindre une bonne précision de localisation par la radio sont de type Range-Based, et se basent, dans notre cas, sur la mesure du temps de vol du signal radio UWB. Nos contributions portent alors sur le choix d'une couche physique performante, sur la mise en place d'outils favorisant une bonne précision temporelle dans les échanges radio, et l'élaboration d'un protocole original d'évaluation de la distance. Les travaux présentés dans ce manuscrit visent donc à aborder la problématique générale de la localisation d'intérieur dans les réseaux de capteurs sans fil, et en particulier la fonctionnalité de ranging qui est le mécanisme d'évaluation de la distance entre les nœuds. Dans un premier temps, nous implémentons puis évaluons les protocoles de référence rencontrés dans la littérature. Nous identifions et corrigeons par la suite, les erreurs susceptibles de biaiser la métrique du temps de vol. Nous proposons alors le protocole 2M-TWR (2 Messages - Two Way Ranging) comme une amélioration du protocole de référence TWR. Enfin, nous proposons et implémentons le protocole BB-TWR (Beacon Based -TWR), qui permet d'effectuer le ranging, de manière séquentielle et non séquentielle, en incluant les informations temporelles nécessaires dans tout trafic natif diffusé existant. Les preuves de concept ont été prototypées et évaluées sur un banc de test réel.
Author: Rejane Dalce (enseignante-chercheuse en informatique).)
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Languages : fr
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Depuis quelques années, la thématique de la localisation a connu un regain d'intérêt,motivé en grande partie par le développement des réseaux de capteurs sans fil. Lespropositions ayant pour objectif d'apporter une réponse à cette problématique peuvent êtreclassées en deux catégories : les méthodes range-based, retenues pour cette thèse, dont lacaractéristique est de se fonder sur des mesures en temps réel du signal pour générer uneestimation relativement fiable de la distance, et les solutions range-free, économes enressources car se limitant à l'exploitation d'hypothèses concernant la connectivité des noeudsdans le réseau. Les contributions peuvent se focaliser sur l'un des trois aspects fondamentauxde la question : le développement d'une couche physique performante, la proposition d'unalgorithme de calcul permettant des résultats plus précis, et la mise en place d'un protocole decollecte de mesures.La contribution de cette thèse est par conséquent multiple : en premier lieu, nousproposons un nouveau protocole de mesure du temps de vol, nommé Parallel SymmetricDouble-Sided Two-Way Ranging (PSDS-TWR), dont l'objectif est la réduction de la chargeprotocolaire du service. Deuxièmement, nous avons mis en place un algorithme de calcul dela position désigné par interRing Localization Algorithm (iRingLA). Basé sur une recherchelinéaire, iRingLA accepte des données inexactes et en extrait une estimation de la positiondont l'erreur est inférieure à 2m dans 70% des cas, ceci en s'exécutant directement sur unnoeud mobile léger. Les données concernant l'algorithme ont été collectées grâce à unprototype utilisant la technologie Chirp Spread Spectrum tandis que l'étude de performancedu protocole a impliqué la conception d'un simulateur nommé DokoSim.
Author: Oumaima Liouane
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Languages : fr
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Les nouvelles technologies exploitant l'acquisition numérique de l'information par des techniques radiofréquences sont désormais d'usage courant dans différents champs d'application pratiques. Elles sont le plus souvent employées pour relever une variété de grandeurs physiques (température, humidité, vitesse, etc.) et sont regroupées sous le vaste terme de réseaux de capteur sans fils. Pour cette variante d'applications, la géolocalisation avec précision des nœuds de capteurs communicants reste une problématique importante pour les chercheurs et les industriels. En effet, les algorithmes de localisation existants peuvent être classés en deux catégories connues sous le nom de « range-based » et de « range-free ». Les systèmes de localisation « range-based » se caractérisent par des inconvénients majeurs. Le premier est lié au coût du matériel supplémentaire nécessaire pour la mesure des distances entre les nœuds capteurs. L'autre inconvénient concerne la précision des mesures qui peut varier selon plusieurs paramètres lies à la nature du réseau et à l'environnement : le taux d'humidité, le bruit électromagnétique, les obstacles, etc. Pratiquement, la géolocalisation de type « range-free » exploite les notions de connectivité et de sauts pour éviter efficacement ces deux inconvénients. En effet, les nœuds fixes du réseau de capteurs dont on connait les positions sont appelés « Ancres ». Les autres nouds soumis à la géolocalisation avec des positions inconnues sont appelés « nœuds normaux ». Pour estimer leurs positions, ces nœuds normaux recueillent tout d'abord des informations de connectivité du réseau ainsi que la position des ancres, puis calculent leurs propres positions sans l'ajout de matériels supplémentaires pour la mesure et l'évaluation de la distance. La géolocalisation de type « range-free » peut donc s'adapter a tout type de transmission sans fil.L'objectif de cette thèse est de réaliser une étude sur la problématique de la géolocalisation dans les réseaux de capteurs sans fil ainsi que les différents outils exploités pour la famille « range-free ». Les points d'étude abordés se situent au niveau de l'algorithme de localisation de type « Dv-hops » et la proposition d'une nouvelle technique d'amélioration de la précision de localisation via les techniques d'apprentissage dites « Smart Computing » de type « Extreme Learning Machine (ELM) » ainsi que l'implémentation du modèle de géolocalisation sur une architecture reconfigurable de type FPGA. Le manuscrit de la thèse est organisé de la façon suivante : Le premier chapitre présente les différentes avancées des réseaux de capteurs sans fil et leurs récentes applications dans les domaines émergents de type « IoT » et « Industry 4.0 ». Le deuxième chapitre décrit la méthodologie adoptée pour la localisation dans les réseaux de capteur sans fil de type range-free. En effet, la machine d'apprentissage de type « Extreme Learning Machine » multicouches est proposée pour améliorer la précision de localisation dans les réseaux de capteurs sans fil. Une étude comparative entre les résultats de localisation est menée dans ce chapitre portant sur l'algorithme DV-Hop, le ELM à une seule couche cachée et le ELM à deux couches cachées. Le dernier chapitre décrit les différentes phases d'implémentation de notre approche de localisation dans les réseaux de capteurs sans fil via les machines d'apprentissage et spécialement l'ELM à deux couches cachées sur une architecture matérielle de type FPGA. Les outils d'implémentation logicielle et matérielle dans notre cas sont d'une part le « Matlab-XSG » de Xilinx pour les simulations et la génération des codes VHDL de l'implémentation de l'ELM multicouche, et d'autre part l'outil Vivado-HLS pour la synthèse et l'implémentation sur FPGA. Enfin, des conclusions et des perspectives de notre travail sont présentées.
Author: Abdellah Chehri
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Languages : en
Pages : 364
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Book Description
Author: Mustapha Boushaba
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ISBN:
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Languages : en
Pages : 176
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Book Description
Author: Charbel Nicolas
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Mobiles, pouvant changer d'environnements au cours du temps, et de milieu pour la transmission des données et de forme de topologie, les capteurs doivent s'adapter au contexte où ils se trouvent afin d'optimiser les mécanismes qu'ils mettent en œuvre. Dans la première partie, nous proposons un mécanisme pour adapter l'architecture d'un réseau de capteurs dynamiquement en fonction du contexte et comprenant la détection dynamique d'un changement de contexte, la détection dynamique du nouveau, l'adaptation dynamique au niveau des trois couches responsables de la gestion des liens de communication en conséquence, le tout sous contrainte de consommation d'énergie. Le travail mené dans cette première partie a d'emblée posé la question de la détection du contexte. C'est une question assez difficile car elle est mal définie. L'objet de la deuxième partie est d'aborder la reconnaissance à la volée de la technologie utilisée par les réseaux émettant du trafic concurrent au réseau de capteurs. Le mécanisme proposé, FIM, identifie la cause d'interférences à partir de modèles d'erreurs observées dans les paquets de données. La détection du contexte permet aux nœuds du réseau de capteurs d'obtenir des informations sur l'environnement. Certains nœuds doivent avoir une connaissance plus fiable de l'environnement que d'autres. Comment récupérer l'information de nœuds voisins, sélectionner ceux de qui on la récupère et ne garder que ce qui nous semble sûr et utile sont les questions qui sont abordées dans la troisième partie. Nous proposons un mécanisme qui permet de décider dynamiquement si des mécanismes de docition doivent être utilisés ou pas.
Author: Norbert Streitz
Publisher: Springer
ISBN: 3540727272
Category : Computers
Languages : en
Pages : 314
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Book Description
This book examines how the computer, as we currently know it, will be replaced by a new generation of technologies, moving computing off the desktop and ultimately integrating it with real world objects and everyday environments. It provides a unique combination of concepts, methods and prototypes of ubiquitous and pervasive computing reflecting the current interest in smart environments and ambient intelligence.
