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Transmission d'images sur les réseaux de capteurs sans fil sous la contrainte de l'énergie, Image transmission over wireless sensor networks under the constraint of energy consumption

De
159 pages
Sous la direction de Francis Lepage, Vincent Lecuire
Thèse soutenue le 23 juin 2009: Nancy 1
Parmi les nombreuses applications potentielles des réseaux de capteurs sans fil, celles utilisant des capteurs d'image sont appréciables pour tout ce qui concerne la détection, la reconnaissance et la localisation d'objets par la vision. Des capteurs de petite taille, peu gourmands en énergie et dotés d'une caméra existent déjà au stade de prototype, mais des algorithmes de traitement et de compression de données, ainsi que des protocoles de communication de faible complexité et peu coûteux en énergie doivent être développés pour que ces applications puissent être envisagées en pratique. La contribution de cette thèse porte principalement sur deux aspects. Premièrement, nous avons proposé un protocole de transmission d'images semi-fiable pour réduire la consommation d'énergie des noeuds relayant les paquets jusqu'au collecteur. Les économies d'énergie sont obtenues en préparant à la source des paquets de différences priorités, grâce à une transformée en ondelettes de l'image, puis en conditionnant l'acheminement des paquets, saut par saut, suivant leur priorité et l'état de charge des batteries. Deuxièmement, nous avons étudié plus profondément les aspects de traitement et codage d'images à la source, et nous avons proposé un nouvel algorithme de compression d'images de faible complexité, combiné avec une technique d'entrelacement de pixels basée sur les automorphismes toriques. Des expérimentations sur une plate-forme réelle de réseau de capteurs d'images ont été réalisées afin de démontrer la validité de nos propositions, en mesurant des aspects telles que la quantité de mémoire requise pour l'implantation logicielle de nos algorithmes, leur consommation d'énergie et leur temps d'exécution, ainsi que la qualité des images reconstituées au récepteur en présence de pertes de paquets.
-Réseaux de capteurs sans fil
Among the many potential applications of wireless sensor networks, those using image sensors are valuable for everything concerning the detection, recognition and locating objects by sight. Sensors small, less energy and with a camera already exist in prototype stage, but processing algorithms and data compression and communication protocols of low complexity and low expensive energy should be developed for these applications can be envisaged in practice. The contribution of this thesis focuses on two aspects. First, we have proposed a protocol for transmitting images semi-reliable to reduce energy consumption nodes relaying packets until collector. Energy savings are achieved in preparing for the source of differences in priorities, with a wavelet transform of the image, then a condition for delivery of packages, jump by jump, according to their priority and status charging batteries. Secondly, we looked deeper aspects of processing and image coding to the source, and we have proposed a new compression algorithm of images of low complexity, combined with a technique of interlacing of pixels based on automorphism rings . Experiments on a platform of real network image sensors have been conducted to demonstrate the validity of our proposals, by measuring aspects such as the amount of memory required for the implementation of our software algorithms, their consumption energy and their execution time, and the quality of reconstructed images to a receiver in the presence of lost packages.
Source: http://www.theses.fr/2009NAN10049/document
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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm CENTREDERECHERCHE
ENAUTOMATIQUEDE
NANCY
FACULTEDESSCIENCES&TECHNIQUES
U.F.R.:SciencesetTechniquesMath´ematiques,InformatiqueetAutomatique
EcoleDoctorale:IAEMLorraine
D´epartementdeFormationDoctorale:Automatique
CNRSUMR7039
Th`ese
pr´esent´ee pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Universit´e Henri Poincar´e, Nancy 1
en Sciences, sp´ecialit´e Automatique,
Traitement du Signal et G´enie Informatique
par Cristian Duran-Faundez
Transmission d’images sur les r´eseaux de
capteurs sans fil sous la contrainte de l’´energie
Soutenuepubliquementle 23 juin 2009
Membresdujury:
Rapporteurs: ProfesseurChristineFernandez-Maloigne Universit´edePoitiers-Xlim-SICDavidSimplot-Ryl Universit´eLille1-INRIAFuturs
Examinateurs: ProfesseurChristopheChassot INSAdeToulouse-LAAS
DocteurJean-MarieMoureaux Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
Directeursdeth`ese: ProfesseurFrancisLepage Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
DocteurVincentLecuire Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
Universit´eHenriPoincar´e,CentredeRechercheenAutomatiquedeNancy
Facult´edesSciences,B.P.70239,54506Vandœuvrel`esNancyCENTREDERECHERCHE
ENAUTOMATIQUEDE
NANCY
FACULTEDESSCIENCES&TECHNIQUES
U.F.R.:SciencesetTechniquesMath´ematiques,InformatiqueetAutomatique
EcoleDoctorale:IAEMLorraine
D´epartementdeFormationDoctorale:Automatique
CNRSUMR7039
Th`ese
pr´esent´ee pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Universit´e Henri Poincar´e, Nancy 1
en Sciences, sp´ecialit´e Automatique,
Traitement du Signal et G´enie Informatique
par Cristian Duran-Faundez
Transmission d’images sur les r´eseaux de
capteurs sans fil sous la contrainte de l’´energie
Soutenuepubliquementle 23 juin 2009
Membresdujury:
Rapporteurs: ProfesseurChristineFernandez-Maloigne Universit´edePoitiers-Xlim-SICDavidSimplot-Ryl Universit´eLille1-INRIAFuturs
Examinateurs: ProfesseurChristopheChassot INSAdeToulouse-LAAS
DocteurJean-MarieMoureaux Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
Directeursdeth`ese: ProfesseurFrancisLepage Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
DocteurVincentLecuire Universit´eHenriPoincar´eNancy1,CRAN
Universit´eHenriPoincar´e,CentredeRechercheenAutomatiquedeNancy
Facult´edesSciences,B.P.70239,54506Vandœuvrel`esNancyRemerciements
Mes remerciements les plus sinc`eres s’adressent en premier lieu `a mes directeurs de th`ese Francis
LepageetVincentLecuire,quim’ontacueilliauseindulaboratoireetquim’ontaccord´eleurconfiance
d`esmonarriv´ee.EnparticulierjevoudraisremercierVincent,enquij’aitrouv´eplusqu’unencadrant,
unami.Avecluij’aiapprisetv´ecubeaucoupdechosespasseulementauniveauprofessionnel,maisaussi
auniveau personnel.Tout cequiest´ecrit danscetteth`ese, entreautreschoses,estle r´esultat deson
engagement,desond´evouement,etdesapassionpourlarecherche(sanscompteruneinfiniepatience
`enversmoi).Alui,monadmirationetmesremerciementslesplusprofonds.
Sansdoutequedenombreuxfacteursontuneincidencesurlesucc`es,laqualit´eetlesr´esultatsd’une
th`ese.Lath`esen’estpasfaiteseulemententreundoctorant etsesencadrants.Lesmultiplesr´eunions
d’´equipe, les discussions qui se g´en`erent et les relations amicales qui naissent avec les personnes qui
travaillantdanslelaboratoire,jouentunrˆoletoutaussifondamental.Jeremercieparticuli`erementles
maˆıtresdeconf´erencesNicolasKrommenacker,Jean-PhilippeGeorgesetleProfesseurJean-MarieMou-
reaux,etbiensuˆra`mescoll`egueslesfutursdocteursNicolas,Idriss,Pierre,Carlos,Andr´es,ettousles
autres,quim’onttoujoursaid´eetsoutenu.
J’adresse, particuli`erement, mes remerciements les plus distingu´es a` Dominique Richier de l’IUT
Nancy-Brabois, pour sa gentillesse, son aide d´esint´eress´ee et son ´enorme patience avec les multiples
exp´eriencesdeconsommationd’´energiequenousavonseffectu´eaucoursdeladeuxi`ememoiti´edema
th`ese.
Pour finir, je remercie mes parents et toute ma famille, de m’avoir soutenu et encourag´e pendant
toutesmes´etudesetsurtoutpendantcesann´eesloindelamaison.Ce travail de th`ese a´et´e soutenue financi`erement par l’Universit´e du B´ıo-B´ıo du Chili et par une
bourse «Pr´esidentdelaR´epublique»dugouvernementchilien.
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CRANetd’unprojetBQR «Projets´emergents-Jeuneschercheurs»parl’Universit´eHenriPoincar´e.