Cooperative MIMO strategies for energy constrained wireless sensor networks

par Tuan-Duc Nguyen

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Olivier Sentieys et de Olivier Berder.

Soutenue en 2009

à Rennes 1 .

  • Titre traduit

    Stratégies de MIMO coopératif pour les réseaux de capteurs sans fil contraints en énergie


  • Résumé

    In wireless distributed networks, where multiple antennas can not be integrated in one node, cooperative Multi-Input Multi-Output (MIMO) techniques help to exploit the space time diversity gain in order to increase performances or to reduce the transmission energy consumption. In this thesis, strategies using cooperative MIMO techniques are proposed for Wireless Sensor Network (WSN) where the energy consumption is the most important design criterion. The performance and the energy consumption advantages of cooperative MIMO technique are investigated, in comparison with the SISO, multi-hop SISO and cooperative Relay techniques, and an optimal selection of transmit-receive antennas number in terms of energy consumption is also proposed as a function of transmission distances. Since the wireless nodes are physically separated in cooperative MIMO systems, the imperfect time synchronization between cooperative nodes clocks leads to an unsynchronized MIMO transmission. The performance degradation of this cooperative transmission synchronization error and the cooperative reception additional noise is evaluated by simulations. Two new cooperative reception techniques based on the relay principle and a new efficient space-time combination technique are proposed in order to increase the energy efficiency of cooperative MIMO systems. Finally, performance and energy consumption comparisons between cooperative MIMO and Relay techniques are performed and an association strategy is also proposed to exploit simultaneously the advantages of the two cooperative techniques.


  • Résumé

    Dans les réseaux sans fil distribués où plusieurs antennes ne peuvent pas être intégrées dans un même nœud de communication, les techniques MIMO (Multiple Input Multiple Output) coopératives permettent d'exploiter le gain de la diversité spatio-temporelle pour augmenter les performances ou réduire l'énergie consommée pour les communications. Dans cette thèse, des stratégies MIMO coopératives sont proposées pour les réseaux de capteurs sans fil (RCS), où la consommation d'énergie est la contrainte la plus importante. Leur avantage en termes de taux d'erreur et de consommation d'énergie sur les techniques mono-antenne (SISO), même multi-étapes, et sur les techniques de relais, est clairement mis en évidence. Une sélection du nombre d'antennes d'émission et de réception, optimale en termes d'efficacité énergétique, est également proposée en fonction des distances de transmission. Les inconvénients du MIMO coopératif, comme les imperfections de synchronisation à l'émission ou les bruits additifs en réception, qui affectent leurs performances dans les réseaux sans fil distribués, sont abordés. Deux nouvelles techniques de réception coopérative basées sur le principe de relais, ainsi qu'une nouvelle technique de combinaison spatio-temporelle sont proposées afin d'augmenter l'efficacité énergique de ces systèmes MIMO coopératifs. Enfin, des comparaisons de performance et de consommation d'énergie entre les techniques MIMO coopératives et de relais montrent que leur utilisation dépend beaucoup de la topologie du réseau et de l'application. Une stratégie d'association est proposée pour exploiter simultanément les avantages des deux techniques de coopération.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVIII-146 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-146

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2009/201
  • Bibliothèque : Centre de recherche INRIA Rennes - Bretagne Atlantique. Service IST.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : C.2 - NGU
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