Techniques d’amélioration du routage et de la formation des clusters multi-sauts dans les réseaux de capteurs sans fil, Improving routing and multi-hop clustering techniques in wireless sensor networks

Cherif Diallo

Description

Sous la direction de Monique Becker
Thèse soutenue le 10 septembre 2010: Institut national des télécommunications d'Evry
Cette thèse a pour objectif de développer des techniques permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de capteurs destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. La première approche développée dans cette thèse concerne la phase de transport des produits alimentaires. Les protocoles proposés VBS, WaS et eVBS s'adressent à la problématique posée par l'absence de station de base permanente au sein du petit réseau déployé dans un camion où les nœuds sont en visibilité directe. Ces méthodes ont le triple avantage de présenter un faible overhead, d'accroître l'ergonomie de l'application et l'intérêt économique du réseau. Dans l'état de l'art, il n'existe pas de déploiement de très grands réseaux de capteurs sans fil destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. Le cœur de cette thèse se positionne ainsi autour de la problématique du passage à l'échelle, en proposant plusieurs approches permettant d'améliorer l'efficacité énergétique du réseau. Ainsi des optimisations du routage et des techniques de formation de clusters multi-sauts sont proposées grâce à quelques idées originales d'utilisation de l'indicateur de la qualité de lien. Le protocole L2RP de routage par répartition de charge, le mécanisme SNCR de réduction des clusters singletons ainsi que le protocole LQI-DCP d'optimisation du positionnement des chefs de clusters sont des contributions de cette thèse exploitant le LQI afin d'accroître l'efficacité énergétique du réseau. De plus, nous avons montré que l'heuristique MaxMin de formation de clusters multi-sauts n'est pas compatible avec la topologie de déploiement en grille qui est la plus fréquente dans les architectures de réseaux de capteurs.
-Réseau de capteur sans fil
-Routage
-Cluster multi-sauts
Wireless Sensor Networks (WSN) are used today in many applications that differ in their own objectives and specific constraints. However the common challenge in designing WSN applications comes from the specific constraints of micro-sensors because of their limited physical resources such as limited battery lifetime, weak computational capability and small memory capacity. This thesis aims to develop techniques to improve the energy efficiency of wireless sensor networks intended to a cold chain monitoring application. In such area, existing solutions consist of walled temperature recorders in warehouses and transport vehicles, which essentially control the room storage temperature which is not necessarily the product one. By integrating wireless micro-sensor devices with pallets and trays, one allows full real-time tracking of the cold chain originating from factories to the shelves of retailers. The first approach developed in this thesis concerns the phase of transporting food. The proposed VBS, WaS and eVBS protocols address the main issue resulting from the absence of a permanent base station in the small network deployed in a truck where nodes are generally in the same transmission range. These methods have the triple advantages of having a low overhead, increasing the ergonomics of the application and enhancing the economic interest of the network. In the state of art, there is no very large scale deployment of WSN for a cold chain monitoring system. Thus, the core of this thesis addresses the scalability issues by offering several ways to improve overall energy efficiency of the network. So, routing techniques improvement and efficient multi-hop clustering protocols are proposed through some original ideas using the Link Quality Indicator (LQI) provided by the MAC sublayer. The LQI is defined in the IEEE 802.15.4 standard in which its context of use is not specified. The link reliability based routing protocol (L2RP) which load balances the traffic between nodes, the single-node cluster reduction mechanism (SNCR) and the LQI-DCP multi-hop clusters formation protocol which improves clusterhead locations are some of contributions of this thesis which exploit the LQI to, significantly, increase the WSN efficiency. We also show that the MaxMin d-cluster formation heuristic does not support the grid deployment topology which is the more often used in WSN architectures.
Source: http://www.theses.fr/2010TELE0017/document

Sujets

• Routage

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 154
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

Ecole Doctorale EDITE


Thèse présentée pour l’obtention du diplôme de
Docteur de Télécom & Management SudParis


Doctorat délivré conjointement par
Télécom & Management SudParis
et L’Université Pierre et Marie Curie (UPMC)


Spécialité : Informatique et Télécommunications


Par

Chérif DIALLO


Techniques d’amélioration du routage et de la
formation des clusters multi-sauts dans les
réseaux de capteurs sans fil


Thèse soutenue le 10 septembre 2010 devant le jury composé de :

Pr Guy PUJOLLE Prof, Université Paris 6 Président
Pr André-Luc BEYLOT Prof, INP- ENSEEIHT Rapporteur
Rapporteur Pr Pascal LORENZ Prof, Université Haute Alsace
Dr Frederica DAREMA Directrice Scientifique, AFOSR, USA Examinateur
Dr Riadh DHAOU MC, INP- ENSEEIHT Examinateur
Co-encadrant Pr Michel MAROT Prof, TELECOM SudParis
Pr Monique BECKER Prof, TELECOM SudParis Directrice de thèse
Dr Ibrahima NIANG MC, UCAD, Dakar, Sénégal Invité
Dr Didier PERINO PDG, HLP Technologies, Paris Invité

Thèse n° 2010TELE0017


tel-00594733, version 1 - 20 May 2011D
ascal
2010
ec
dvisor
hniques
Dak
d'amélioration
André-Luc
du
orter
routage
aris
et
DHA
de
HLP
la
Présiden
formation
ep
des
Haute
clusters
TELECOM
m
MAR
ulti-sauts
nt
da
R
ns
Dr
les
Dr
réseaux
b
de
6
capteurs
Chair
sans
INP-ENSEEIHT
l
Pr
b
Univ
y
R
Chérif
Monique
DIAL
aris
LO
Mic
A
TELECOM
dissertation
adr
submitted
F
in
AF
partial
Dr
satisfaction
INP-ENSEEIHT
of
NIANG
the
Invite
requiremen
PERINO
ts
d
for
P
th
aris
e
(UPMC),
degree
t,
of
Pr
Do
BEYLOT
ctor
R
of
orter
Philosoph
P
y
LORENZ
in
ersité
Computer
Alsace
Science
ep
and
Pr
T
BECKER
el
SudP
ecomm
A
unic
Pr
ations
hel
in
OT
the
SudP
GRADUA
Enc
TE
a
DIVISION
Dr
of
rederica
the
AREMA
Télécom
OS
&
Examiner
Managemen
Riadh
t
OU
SudP
Examiner
aris,
Ibrahima
UPMC
UCAD
Committee
ar
in
d
c
Didier
harge:
PDG
Pr
Invite
Guy
Septem
PUJOLLE,
er
Univ
ersité
T
tel-00594733, version 1 - 20 May 20112
tel-00594733, version 1 - 20 May 2011ère
Mère
A
A
ma
la
amille
mémoire
ma
de
A
m
F
on
P
i
tel-00594733, version 1 - 20 May 2011ii
tel-00594733, version 1 - 20 May 2011e
ce
aleur.
Remerciemen
lab
ts
son
En
r
préam
D'ab
bu
me
le
de
à
p
ce
enseur
rapp
que
ort
p
de
fait
thèse,
coner
je
Ensuite,
souhaiterais
le
adresser
professionnelles.
mes
déjà
remerciemen
à
ts
le
les
la
plus
end
sincères
çoit
aux
de
p
estimer
ersonnes
de
qui
t
m'on
AR
t
t
app
grande
orté
mon
leur
en
aide
cette
et
dicté
qui
s'adapte
on
l'in
t
Monique,
con
la
tribué
juste
à
eet,
l'élab
un
oration
:
de
açon
ce
cier
tra
c
v
r
ail.
.
Je
j'ai
v
je
oudrais
jamais
tout
v
d'ab
merci
ord
v
exprimer
en
ma
sein
profonde
CNRS-SAMO
gratitude
our
à
suj
Madame
thèse
Monique
t
Bec
erté
k
s'est
er,
très
ma
mon
directrice
t,
de
d
thèse,
aux
qui
agend
s'est
mes
toujours
professeur
mon
l'agenda
trée
et
à
erse,
l'écoute
eaucoup
et
erci
très
our
disp
remercier
onible
sa
tout
v
au
En
long
comme
de
disait
cette
p
thèse,
français
p

our
f
son
de
soutien
emer
et
dép
ses
de
encouragemen
e
ts
l'on
con
e
tin

uels
De
ainsi
que
que
reçu
p
Monique,
our
ne
sa
ourrais
patience.
en
Ce
la
que
aleur.
j'ai
ord,
appris
Monique
en
m'a
tra
oir
v
conance
aillan
m'accueillan
t
au
a
du
v
oratoire
ec
V
Professeur
p
Bec
me
k
ce
er
e
ne
de
se
en
limite
laissan
pas
une
à
lib
l'asp
d'action.
ect
Monique
scien
toujours
ti
trée

compréhensiv
que
à
mais
égard
aussi
s'adaptan
h
dès
u
début
ma
e
i
thèse,
n
aléas
et
mon
relationnel.
a
Ô
par
com
activités
bien,
Un
il
qui
serait
à
dicile
de
de
thèsard
v
non
ouloir
v
remercier
c'est
Monique.
b
Car
!
remercier
m
une
encore
p
c'est
ersonne,
iii
tel-00594733, version 1 - 20 May 2011p
Public
Alsace,
m'a
fon
v
a
oir
h
guidé
(l
a
v
v
i
ec
Professeur
b
être
eaucoup
Scien
d'in
de
telligence
t
et
t
de
sir,
bi
ses
en
l'univ
v
de
eillance,
P
encourag
d'év
é,
a
souten
Madame
u
F
dans
faire
les
.
momen
il
ts
à
di
h
c
toujours
i
de
les
surtout
et
m
conseillé
particulièremen
au
Guy
cours
aris
de
de
ces
remercier
années
de
tan
à
t
oir
sur
v
le
hange
plan
m'a
tec
très
hnique
ri
que
l'A
h
Scien
umain.
fait
Merci
depuis
de
ce
m'a
sans
v
s
oir
t
donné
le
le
haque
goût
de
de
un
la
qui
rec
ondu,
herc
b
he
a
car
aussi
cette
manière
thèse
te,
a
nom
été
Je
de
à
réels
Mon
momen
Professeur
ts
sité
de
p
plaisir,
oir
au
mon
p
Je
oin
André-Luc
t
l'ENS
que
oulouse,
j
Lorenz,
'ai
ersité
en
m'a
vie
l'
de
mon
p
et
oursuivre
orteurs,
mes
j'ai
rec
ec
herc
eaucoup
hes
Je
et
haleureusemen
de
red
me
Darema,
recon
que
v
OSR
ertir
Oce
dans
Researc
cette
qui
v
eur
oie.
déplacemen
Cette
USA
exp
er
érience
les
restera
réseaux
à
l
jamais
sans
gra
comme
v
tien
é
tan
dans
à
ma
souligner
mémoire.
c
Je
fois)
p
t
ourrais
Mic
encore
el
écrire
co-encadran
des
idéal
lignes,
a
mais
rép
je
a
m'arrête
ec
là
eaucoup
:
pl
Monique,
i
merci
mais
p
et
our
de
tout
très
!
ertinen
C'est
à
égalemen
es
t
breu
du
questions.
f
tiens
o
t
n
remerc
d
er
du
sieur
c÷ur
Pujolle,
que
à
je
er-
remercie
P
le
VI,
p
our
oin
v
tilleux
accepté
Professeu
présider
r
jury
Mic
thèse.
hel
souhaite
Marot
Messieurs
qui
Beylot,
a
à
co-encadré
EEIHT
ce
T
tra
et
v
ascal