Energy Efficient and Quality of Service Aware Protocols for Wireless Sensor Networks

par Bashir Yahya

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Jalel Ben Othman.

Soutenue en 2010

à Versailles-St Quentin en Yvelines .

  • Titre traduit

    Protocoles des communications pour les réseaux de capteurs sans fil basés sur la qualité de service et l'économie d'énergie


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de fournir des éléments de base pour les réseaux de capteurs sans fil, et qui répondent aux caractéristiques particulières de ces réseaux. Ces éléments de base relèvent des domaines de la couche MAC et du routage. Les protocoles de la couche MAC définissent les règles d'accès et de contrôle des canaux partagés sur un réseau sans fil. Et ils jouent un rôle critique dans le partage efficient et équitable de la bande passante. Sachant que l'émetteur-récepteur radio est l'unité la plus consommatrice d'énergie du nœud capteur, une grande partie de l'énergie consommée peut être réduite au niveau de la couche liaison d'où le protocole MAC contrôle l'utilisation de la radio. Dans ce contexte, nous avons proposé trois protocoles MAC qui répondent aux problèmes de consommation d'énergie, qualité de service, et de mobilité dans les réseaux de capteurs. Les protocoles de routage spécifient la communication entre les nœuds de capteurs, en diffusant les informations autorisant la construction de routes entre nœuds et ils permettent aux différents types de flux d'être livrés et fusionnés pendant la transmission afin de limiter la quantité d'informations de contrôle échangée. Nous avons étudié le problème du routage dans les réseaux de capteurs sans fils, et proposé deux protocoles de routage. Nos protocoles de routage maximisent la durée de vie du réseau en propageant l'énergie à travers de multiple nœuds et cela en utilisant des chemins multiples. Ils améliorent la qualité de service par l'application du concept de différenciation de service qui permet aux flux critiques de priorité élevée d'arriver à destination dans les délais impartis. Ils implémentent les techniques de FEC (Forward Error Correction) pour accroître la résilience du réseau lors d'erreur sur le chemin. La contribution de cette thèse n'est pas uniquement de concevoir des protocoles MAC et routage à faible consommation d’énergie, mais au delà nous apportons une solution à diverses problématiques comme l'augmentation du débit, la réduction du temps de transmission, l'amélioration de la scalabilité et le traitement de la mobilité des nœuds.


  • Résumé

    The objective of this thesis is to provide some of the basic building blocks that are necessary for wireless sensor networks, and that address their special characteristics. These basic building blocks are in the areas of medium access and routing. Medium Access Control (MAC) protocols define rules to access and control the shared medium and play a critical role in the efficient and fair sharing of wireless bandwidth. Provided that the radio transceiver unit is the most power consuming unit of a physical sensor node, large energy savings can be achieved at the link layer where the MAC protocol is controlling the usage of the radio. In this context, we have proposed three MAC protocols that address the problems of energy consumption, quality of service (QoS), and mobility in sensor networks. Routing protocols specifies how sensor nodes communicate with each other by disseminating information that enables these nodes to build routes between them and sink node(s). These protocols enable different types of traffic to be delivered and fused during delivery to limit the amount of control information exchange. We tackled the problem of routing in WSNs, and proposed two routing protocols. Our proposed protocols maximize network lifetime through balancing energy utilization among nodes in the network (using multiple paths rather than single path), provide QoS through the use of the service differentiation concept to allow high important traffic to reach the destination within time bounds, implement Forward Error Correction (FEC) techniques to increase resiliency to path failures and hence increases the probability that an enough portion of the data packet is received at the destination to recover the original data message without incurring excessive delay through data retransmissions. Our contribution in this thesis is not only to design energy efficient MAC and routing protocols , but we consider other issues like increasing throughput, minimizing transmission delay, improving scalability, and handling nodes mobility.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 163-184.

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  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 004.68 YAH
  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T100061
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