Partitionnement et geocasting dans les réseaux mobiles Ad Hoc et collecte des données dans les réseaux de capteurs sans fil

par Idrissa Sow

Thèse de doctorat en Sciences. Informatique

Sous la direction de Jean-Frédéric Myoupo.

Soutenue en 2009

à Amiens .


  • Résumé

    L'essor des technologies sans fil, offre aujourd'hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. L'évolution récente de moyens de communications sans fil permet la manipulation de l'information à travers des unités de calculs portables qui ont des caractéristiques particulières (une faible capacité de stockage, une source d'énergie autonome. . . ) et accèdent au réseau à travers une interface de communication sans fil. Un réseau mobile ad hoc consiste en une grande population relativement dense d'unités mobiles qui se déplacent dans un environnement quelconque et dont le seul moyen de communication est l'utilisation des interfaces sans fil. Du coté des réseaux ad hoc on trouve également les réseaux des capteurs avec des propriétés particulières. Les capteurs sont des dispositifs ayant les particularités suivantes : (1) capacité de capturer des données relatives à l'environnement où ils sont physiquement placés et les convertir en signaux électriques. Les données récupérées peuvent être de nature différente et la manière d'obtenir ces données est susceptible de varier. (2) capacité d'effectuer un traitement sur ces données récupérées. (3) capacité d'échanger ces données avec d'autres dispositifs ou unités mobiles. Contrairement aux réseaux basés sur la communication cellulaire : aucune administration centralisée n'est disponible ; ce sont les hôtes mobiles elles-mêmes qui, forment d'une manière ad hoc une interface du réseau. Aucune supposition ou limitation n'est faite sur la taille du réseau ; le réseau peut contenir des centaines ou des milliers d'unités mobiles. Étant donné les propriétés de ces réseaux le routage devient alors un défi et nécessite une restructuration de ses différentes composantes qui sont le routage (ou adressage), le positionnement, l'acheminement des messages entre nœuds communicants. Durant cette thèse nous nous sommes intéressés implicitement au routage en proposant une structure hiérarchique ou structure en clusters de façon à simuler une sorte de dorsale constituée de nœuds ou terminaux plus adaptés que d'autres. La mise en place de cette structure se base sur les paramètres du réseau en question. La dorsale ainsi constituée permet un routage hiérarchique qui allège considérablement les tables de routage des nœuds. Nous avons proposé une approche de localisation sans GPS, L-Libre qui vise à procurer une information de position à l'ensemble des nœuds du réseau. Cette information de position est vitale pour les protocoles de routage géographiques mais aussi pour les réseaux de capteurs où l'on a souvent bien besoin de connaître la source (les capteurs origines) des informations reçues, ce qui est d'ailleurs le cas de notre algorithme de poursuite de cible (tracking) proposédans cette thèse. Nous nous sommes également intéressé à un mode de transmission d'information appelé geocasting (ou diffusion géographique) qui consiste à transmettre des informations avec garantie de livraison non pas à l'ensemble des unités du réseau mais à un groupe particulier de nœuds situés dans une région d'intérêt communément appelé région multicast. Un autre point important est la connectivité des nœuds. La mobilité des nœuds est souvent source de déconnexion du réseau en des ensembles disjoints connexes. Notre algorithme de maintenance de connectivité vise à déterminer les nœuds qui peuvent être à l'origine de ce problème afin d'adapter leurs comportements. Et finalement, nous avons considéré une architecture virtuelle de réseau de capteurs anonymes dans laquelle certains clusters peuvent être vides. Les capteurs étant des dispositifs de capacités très limitées il devient alors indispensable de trouver une approche permettant d'organiser ou de faire collaborer à moindre coût ces capteurs dans un but bien précis. Le nœud sink1 (ou nœuds puits) est le seul équipement qui dispose d'assez d'énergie et de puissance de transmission pour atteindre l'ensemble des capteurs répartis dans la région d'intérêt. Une stratégie de gestion de ou des antennes du nœud sink nous a permis de proposer une méthode de localisation sans inonder le réseau par échange de messages d'informations de position. Il nous a également permis d'esquisser une structure en grappes offrant un support de routage simple et efficace. Les données ainsi recueillies par les capteurs peuvent être acheminées selon un modèle de communication centralisé ou distribué défini à l'avance par le sink.


  • Résumé

    The rise of wireless technologies, today offers new telecommunications opportunities. The recent technology wireless communication capabilities and allows the manipulation of information across small devices that have special features (a low storage capacity, an autonomous source of energy. . . ) and access to the network interface through a wireless communication links. A mobile ad hoc network is a large number of devices capable to move in any environment and whose only use means of communication by using their wireless links. On the side of ad hoc networks are also networks of sensors with specific properties. The sensors are devices with some particularity: (1) ability to collect data on the environment where they are physically located and convert them into electrical signals. The data collected can be different in nature and the way to collect such data is likely to vary. (2) ability to make treatment on these data collected. (3) ability to exchange data with other devices or mobile units. Unlike networks based on cellular communication: no centralized administration is available the mobile hosts form themselves an ad hoc network interface. No assumption is made or limitation on the size of the network, the network may contain hundreds or thousands of mobile devices. Since the properties of these networks routing becomes a challenge and requires a restructuring of its various components that are routing (or address), positioning, routing messages between communicating nodes. During this thesis we are interested in routing implicitly suggesting a hierarchical structure or clustered structure so as to simulate a kind of backbone consists of nodes or more adapted than others. The establishment of this structure is discussed on the parameters of the network. Constituted the backbone allows hierarchical routing to ease the routing tables of nodes. We have proposed a location method without GPS, L-Libre, which aims to provide position information to all nodes in the network. This position information is vital for routing geographical protocols but also for sensor networks where it was often necessary to know the source (sensors origins) information received. We are also interested in a mode of transmission called geocasting which is to transmit information with guarantee delivery not to all nodes of the network but to a particular group of nodes located in a region of interest commonly called multicast group. Another important point of this thesis is the node's mobility. Due to the mobility patterns, node can be departed into partitions and reconnected a number of times. Our maintenance connectivity algorithm aims to determine the nodes that can cause this problem in order to adapt theirs behaviors. The last point of this thesis we have considered a virtual sensors anonymous network architecture in which some clusters may be empty. The sensors are small devices with limited capacities; it becomes necessary to find an approach to organize at lower cost sensors in a specific purpose. The sink node is the only equipment that has enough energy and transmission power that can reach all the sensors distributed throughout the region of interest. A management strategy or branches of the sink node has enabled us to propose a method of locating without flooding the network with information positions messages exchange. It also helped us to trying a clustered structure offering an efficient routing. The data collected by the sensors can deliver as a centralized or distributed communication model defined in advance by the sink node.

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  • Détails : 1 vol. (116 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 107-110

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  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
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  • Cote : T 51 2009-4
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