Optimisation de la capacité et de la consommation énergétique dans les réseaux maillés sans fil PDF Download
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Author: Anis Ouni
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Languages : fr
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Book Description
Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu'infrastructure, pour interconnecter les stations d'accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l'augmentation du prix de l'énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s'intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans les problématiques d'optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d'un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s'articulent autour de quatre axes. Tout d'abord, nous abordons le problème d'amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l'accès au médium radio se base sur le protocole d'accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l'existence d'un goulot d'étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l'utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d'étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d'optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d'optimisation intègrent un modèle d'interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d'énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d'ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d'un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d'optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d'énergie. Ensuite, afin d'économiser l'énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d'endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS.
Author: Anis Ouni
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Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu'infrastructure, pour interconnecter les stations d'accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l'augmentation du prix de l'énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s'intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans les problématiques d'optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d'un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s'articulent autour de quatre axes. Tout d'abord, nous abordons le problème d'amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l'accès au médium radio se base sur le protocole d'accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l'existence d'un goulot d'étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l'utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d'étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d'optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d'optimisation intègrent un modèle d'interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d'énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d'ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d'un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d'optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d'énergie. Ensuite, afin d'économiser l'énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d'endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS.
Author: Yasir Faheem
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La limitation de la capacité de la batterie est un facteur clé dans le déploiement des réseaux de capteurs sans fil (WSNs), malgré leurs nombreuses applications en petite échelle comme pour les réseaux de capteurs embarqués sur des personnes appelés communément réseaux WBANs (Wireless Body Area Networks) et également en grande échelle comme dans le domaine de l'agriculture et de la surveillance de l'habitat. En grande échelle, les protocoles de routage à base d'un puits statique ont une durée de vie limitée. Cela est dû au fait que les noeuds relais proches du puits épuisent leur batterie rapidement à cause de la charge du trafic, et par conséquent avoir un réseau avec une destination non joignable. En revanche, la mobilité du puits prolonge la durée de vie du réseau par la distribution de la consommation d'énergie entre les noeuds relais. Cependant, le puits mobile doit diffuser périodiquement sa position dans le réseau. Ce trafic de contrôle est non-négligeable dans le cas des capteurs sans fil car ils ont une capacité très limitée, ce qui engendre le problème de consommation d'énergie des noeuds. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la conception de protocoles de routage pour les réseaux de capteurs sans fils avec optimisation de la consommation d'énergie. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à deux applications des réseaux de capteurs sans fil ; les réseaux WBANs, et les réseaux de capteurs à grande échelle. Dans un premier temps, une analyse approfondie de deux techniques de dissémination d'informations et de leur consommation d' ́energie dans es réseaux WBANs est effectuée. Nous avons comparé la consommation d'énergie liée à la dissémination d'informations dans un réseau WBAN à un saut et dans un réseau WBAN multi-sauts. Dans un second temps, on a étudié le problème de dissémination des données dans les réseaux de capteurs sans fil à large échelle et dans lesquels le collecteur de données, appelé communément sink, est mobile. Dans ce contexte, on a proposé deux algorithmes de routage distribués. Le premier algorithme, appelé SN-MPR, permet de limiter la propagation des messages de contrôle sur la localisation du sink aux seules zones affectées par la mobilité de ce dernier. Le deuxième algorithme, appelé duty-cycle SN-MPR, permet d'économiser l'énergie des capteurs en permettant à ceux qui ne sont pas MPR d'éteindre leurs radios respectives quand ils n'ont pas de données à transmettre vers le sink. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons traité la dissémination d'informations dans les réseaux de capteurs sans fils hétérogènes utilisant la technologie IEEE 802.15.4, et dans le contexte d'applications nécessitant un plus haut débit. En se basant sur l'utilisation parallèle de plusieurs canaux pour l' ́echange de données, on a proposé un algorithme distribué, appelé TABA, pour la sélection de canaux en fonction du trafic dans le réseau. Cet algorithme permet, d'une part, d'économiser la consommation d'énergie en minimisant les collisions et retransmissions de paquets, et d'autre part, d'offrir un meilleur débit pour l'envoi de données multimédias
Author: Mehdi Bouallegue
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Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) sont constitués d'un grand nombre de noeuds de capteurs qui sont généralement alimentés par batterie et conçu pour fonctionner pendant une grande période. Les domaines d'application sont nombreux et variés, tel que le domaine environnementale, médicale et militaire.L'atout majeur de ce dispositif est un déploiement à grande échelle sans aucune maintenance. Les capteurs n'ont pas besoin d'une infrastructure établie pour parvenir à transmettre des données vitales à l'étude de l'environnement. Il est nécessaire également de garantir une bonne qualité de service, car les réseaux de capteurs sans fils doivent intégrer des mécanismes qui permettent aux utilisateurs de prolonger la durée de vie du réseau en entier, car chaque noeud est alimenté par une source d'énergie limitée et généralement irremplaçable.C'est pourquoi, il est nécessaire d'optimiser la consommation d'énergie à tous les niveaux de conception de ce type de réseau. Par conséquent, la minimisation de la consommation d'énergie est un facteur de conception des plus importants dans les réseaux de capteurs.Le but de cette thèse est étudier les différents techniques de routages existant dans un contexte sans fil multi-saut afin d'obtenir de meilleures performances. Nous portons notre étude sur les protocoles de routages les plus connus afin de proposer dans une deuxième partie un nouveau protocole de routage permettant d'optimiser la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil, en gardant une qualité de service optimale.
Author: Maher Heni
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131570865
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Languages : fr
Pages : 144
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Les réseaux ad hoc et de capteurs sans fil se composent de terminaux et composantes mobiles. Ce type du réseau ne repose sur aucune infrastructure établie. L'une des contraintes majeures des réseaux sans fil est l'énergie. La conservation de l'énergie est un facteur primordial pour la durée de vie du réseau. Le but de ce livre est de proposer, à travers les algorithmes de routages, des mécanismes et approches qui visent à réduire la consommation de l'énergie au sein de ces réseaux. Nous présentons, dans la première partie de ce manuscrit, une approche permettant de réduire la consommation d'énergie à travers la réduction de diffusion des messages grâce à l'interaction inter couche (concept de cross layer). Dans la deuxième partie nous présenterons un nouveau algorithme de routage permettant au noeuds composants du réseau d'échanger des données concernant les niveaux des batteries. Utilisant ces données une source sélectionne, en plus, du plus court chemin, le chemin plus sûr ( formés par des noeuds chargés).
Author: Sajeh Zairi
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Languages : fr
Pages : 163
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Au cours de ces dernières années, les réseaux sans fil n’ont cessé de croître grâce aux développements technologiques de divers domaines liés à l’informatique et à la micro-électronique. La mise en réseaux des capteurs sans fil permet la couverture de vastes territoires ainsi que l'obtention rapide et fiable de résultats même pour des zones hostiles ou inaccessibles pour les être humains. Cependant, avant de voir ces réseaux atteindre un niveau de pénétration identique à celui des téléphones portables, un certain nombre de problématiques doivent être résolues. Ajoutées aux limites traditionnelles des réseaux ad-hoc, les contraintes 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. En effet, le déploiement de ces réseaux dans des zones sensibles ou éloignées rend impossible le rechargement ou le remplacement des batteries. Il est donc impératif que les noeuds s’auto-configurent afin de maximiser la durée de vie du réseau. Cette configuration inclut les décisions d'activation et la détermination des chemins connectant chaque noeud à la station de base. Pendant qu'une partie des noeuds assurent la réalisation de l'application, les autres se désactivent pour préserver leur énergie. Les noeuds actifs doivent observer une surface aussi large que celle couverte par l'ensemble des noeuds déployés initialement. Afin de pouvoir transmettre leurs données, les noeuds actifs doivent déterminer les chemins les connectant à la station de base. La contrainte d'énergie doit être prise en compte à tous les niveaux : les noeuds les plus épuisés doivent être les plus privilégiés à se désactiver et les chemins doivent les éviter sans pour autant augmenter considérablement les coûts de transmission des données. Ces prises de décisions doivent minimiser le nombre de messages de contrôle vue que la transmission de messages consomme le plus d'énergie. Pour ne pas augmenter les coûts énergétiques de transmission de message, en passant par des chemins trop longs, les chemins déterminés doivent garantir un compromis entre les deux critères antagonistes : coût de transmission et minimum d'énergie. Rare sont les travaux qui considèrent plus d'un critère à la fois et quand c'est le cas ils les combinent en une fonction objective en leur associant des poids statiques. Pour garantir une certaine flexibilité entre ces deux critères, l'algorithme proposé ne leur associe aucun poids. La comparaison des chemins est basée sur le concept de la dominance Pareto. Une priorité de désactivation introduite entre les noeuds voisins permet d'éviter les phases de négociation (nécessitant l'échange de plusieurs messages de contrôle) et ainsi réduire les coûts énergétiques des prises de décision. Cette priorité est basée sur les énergies résiduelles des noeuds. Après le développement de ces algorithmes, vient la phase de validation qui consiste à observer la façon dont les algorithmes proposés permettent de préserver l'énergie des noeuds et ainsi augmenter la durée de vie du réseau. La validation de ces algorithmes s'est faite dans un premier temps à travers des simulations. Cependant, les simulations ne permettent pas d'observer tous les scénarios possibles par lesquels le système peut passer au cours de son évolution. Afin de palier ce problème, une validation plus exhaustive a été réalisée, dans un deuxième temps, en se basant sur un nouveau modèle de réseaux de Petri de haut niveau (RdPHN). Ce modèle est hiérarchique, global et générique. Étant hiérarchique le modèle permet d'inclure différents niveaux d'abstraction. Il est global car il intègre le comportement de tous les composants constituant le réseau de capteurs : noeuds et stations de base. Ainsi, le modèle RdPHN développé permet de valider le comportement global du réseau et non le comportement de protocoles particuliers comme c'est le cas de la plupart des travaux existants. Ce modèle est générique puisqu'il est indépendant des spécificités des composants du réseau. Le modèle retenu intègre une modélisation de la consommation d'énergie. Ceci rend possible la validation de différents critères relatifs à cette consommation comme la durée de vie pire cas (qui ne peut pas être obtenue à travers les simulations). Le modèle inclut aussi une image de l'environnement comme il est perçu par les noeuds, ce qui n'est pas le cas des modèles existants. Cette image permet d'interfacer le modèle proposé avec tout autre modèle représentant le comportement de l'environnement.
Author: Youcef Touati
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1784052949
Category : Intelligent sensors
Languages : fr
Pages : 142
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La gestion énergétique est une question incontournable dans les applications type « réseaux de capteurs sans fil » (RCSF). Garantir une efficacité et une longévité du réseau en se limitant uniquement à une solution matérielle reste aujourd’hui insuffisant. Il est donc nécessaire de se tourner vers des solutions logicielles qui permettraient une meilleure maîtrise de l’exploitation de l’information, de sa source à son acheminement vers sa destination finale. Afin de répondre à ces besoins, Gestion énergétique dans les réseaux de capteurs sans fil présente et développe des outils informatiques et des stratégies protocolaires en mode basse consommation mettant en oeuvre des mécanismes de routage d’informations – ces derniers concernent plusieurs niveaux d’interventions, du déploiement à l’exploitation du réseau.
Author: Rivo Sitraka A. Randriatsiferana
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Pour augmenter la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil, une solution est d'améliorer l'efficacité énergétique des protocoles de communication. Le regroupement des nœuds du réseau de capteurs sans fil en cluster est l'une des meilleures méthodes. Cette thèse présente propose plusieurs améliorations en modifiant les paramètres du protocole de référence LEACH. Pour améliorer la distribution énergétique des "cluster-heads", nous proposons deux protocoles de clustering centralisés k-LEACH et sa version optimisée k-LEACH-VAR. Un algorithme distribué, appelé e-LEACH, est également proposé pour réduire l'échange d'information périodique entre les nœuds et la station de base lors de l'élection des "cluster-heads". Par ailleurs, le concept l'équilibrage énergétique est introduit dans les métriques d'élection pour éviter les surcharges des nœuds. Ensuite, nous présentons une version décentralisée de k-LEACH qui, en plus des objectifs précédents, intègre la consommation d'énergie globale du réseau. Ce protocole, appelé, k-LEACH-C2D, vise également à favoriser la scalabilité du réseau. Pour renforcer ce dernier et l'autonomie des réseaux, les deux protocoles de routage "multi-hop" probabiliste, dénotés FRSM et CB-RSM construisent des chemins élémentaires entre les "cluster-heads" et la station de base. Le protocole CB-RSM forme une hiérarchie des "cluster-heads" pendant la phase de formation des clusters, en mettant un accent sur l'auto-ordonnancement et l'auto-organisation entre les "cluster-heads" pour rendre les réseaux le plus "scalable". Ces différents protocoles reposent sur l'idée de base que les nœuds ayant l'énergie résiduelle la plus élevée et la plus faible variance de consommation de l'énergie deviennent "cluster-head". Nous constantans le rôle central de la consommation du nœud dans nos différentes propositions. Ce point fera l'objet de la dernière partie de cette thèse. Nous proposons une méthodologie pour caractériser expérimentalement la consommation d'un nœud. Les objectifs visent à mieux appréhender la consommation pour différentes séquences d'état du nœud. Enfin, nous proposons un modèle global de la consommation du nœud.
Author: Taissir Fekih Romdhane
Publisher: Noor Publishing
ISBN: 9783330799073
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Languages : fr
Pages : 168
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Book Description
Les reseaux de capteurs sans fil apportent de nouvelles perspectives. Une des principales contraintes est l'economie d'energie, la batterie devant tenir toute la duree de vie du capteur. La principale source de consommation d'energie etant le radio transmetteur du capteur, plusieurs solutions au niveau de la sous couche MAC ont ete propose afin d'economiser l'energie au niveau de la radio. Parmi celles les plus dediees aux reseaux de capteurs sans fil, on trouve la sous couche MAC definie par la norme IEEE 802.15.4 de ZigBee. Cependant malgre son efficacite, elle souffre de quelques insuffisances dont plusieurs sujets d'optimisations essayent de les traiter. Dans ce cadre s'integre notre projet de mastere qui presente une optimisation du protocole MAC de l'alliance ZigBee en l'adaptant a notre cahier des charges ainsi son implementation sous le simulateur ns-2.Cette optimisation vise a reduire en plus la consommation d'energie et garantir un certain determinisme pour notre reseau de capteurs sans fil, en s'inspirant de quelques protocoles MAC types existants. Mots cles: reseau de capteurs sans fil, ZigBee, IEEE 802.15.4, MAC, ns-2
Author: Abdelmalik Bachir
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Languages : en
Pages : 103
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Book Description
Extending the lifetime of a sensor network requires optimizations at two complementary scopes: local and global. At the scope front, each node should optimize its own energy consumption to maximize its life span. At the global scope, nodes should cooperate to optimize the global usage of energy resources. ln this thesis, we have addressed both problems through the optimization of communication protocols. Our contribution mainly concerns MAC and Routing protocols. At the MAC layer, we have tackled the problem of reduction two major sources of energy waste: collisions and overhearing. We have differentiated two types of collisions: those caused by hidden nodes and those caused by visible nodes, and two forms of overhearing: that resulting from the reception of irrelevant messages and that resulting from the reception of useless signais. For ail of these identified sources of energy waste, we have proposed solutions that improve the networks lifetime. At the routing layer, we have proposed a protocol capable of combining two lifetime extension techniques: reducing protocols' overhead and load balancing among nodes to avoid their premature death Our contribution in this thesis not only provides more energy-efficient MAC and routing protocols that are optimized independently from each other, but also a cross layer design in which MAC and routing protocols are jointly optimized.
Author: Hanane El Abdellaouy
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Languages : fr
Pages : 143
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Book Description
Les produits et les technologies de communication ont connu durant la dernière décennie des améliorations importantes en termes de diversification de services, ceci a changé la vision des réseaux domestiques. Les maisons d'aujourd'hui hébergent des équipements de plus en plus sophistiqués offrant une large gamme de services comme HDTV, VoIP, le stockage multimédia, etc. Cette extension technologique n'est pas sans conséquences. En effet, les équipements des Technologies d'Information et de la Communication (TIC) consomment pratiquement un quart de la consommation totale d'électricité dans une maison française type, ce qui met en avant la question d'efficacité énergétique dans les réseaux domestiques. En outre, les émissions électromagnétiques deviennent de plus en plus omniprésentes au sein des maisons, ceci peut inquiéter une tranche des utilisateurs, cela peut également ralentir les futures innovations des technologies sans fil. Toutefois, l'augmentation de la connectivité peut aider à résoudre ces problèmes en désactivant les équipements redondants ou en sélectionnant des chemins plus appropriés dans le réseau. Le problème peut être perçu comme un protocole de routage multicritère avec l'introduction de nouvelles métriques vertes. Par conséquence, une solution de routage pour réseau domestique doit supporter des contraintes supplémentaires en parallèle avec celles de QoS. Cette thèse contient principalement trois contributions. La première contribution consiste à la proposition de deux modèles de champs électromagnétiques provenant des technologies Wi-Fi et Courant Porteur en Ligne (CPL). Ces deux modèles nous ont permis de formuler une métrique de rayonnement qu'on a nommé Radiant Exposure (RE). Dans la deuxième contribution, nous présentons les procédures de calcul et d'implémentation de notre métrique pour deux scenarios : un réseau sans fil et un réseau hétérogène. Ceci nous a conduit à étendre la définition initiale de la métrique RE pour couvrir le cas où les liens Wi-Fi et CPL coexistent dans le même réseau. Nous décrivons ensuite nos deux solutions de routage EMRARA et EMRARA-H pour trouver les chemins garantissant un niveau minimal d'énergie rayonnée dans les réseaux sans et hétérogènes à multi-sauts respectivement. Afin de montrer les performances de nos algorithmes, nous avons développé un simulateur à base de Python, où on a implémenté les modèles proposés, un module de calcul de métrique de routage, et enfin nos algorithmes. La dernière contribution consiste à la proposition d'un algorithme de routage multicritère basé sur la méthode à pondération normalisée. Une telle méthode transforme un problème multicritère à un problème monocritère en multipliant chaque critère par un poids de pondération, qui exprime entre autre les préférences de l'utilisateur, et ensuite sommer tous les critères pondérés. Les trois critères que nous avons considérés sont RE, la consommation d'énergie et la bande passante.
