Modélisation et simulation de réseaux de capteurs sans fil

Modeling and simulation of wireless sensor networks

• Auteur / Autrice : Wan Du
• Direction : Ian O'Connor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 14/09/2011
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Torres
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Mieyeville, David Navarro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Guyennet, Cécile Belleudy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes microélectromécaniques

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Réseaux de capteurs sans fil

Co-simulation de matériel et logiciel

SystemC

Validation expérimentale

Evaluation des performances

MAC protocole

Wireless sensor networks

Hardware and software co-simulation

SystemC

Experimental validation

Performance evaluation

MAC protocol

Résumé

Cette thèse traite de la modélisation et la simulation de réseaux de capteurs sans fil afin de fournir des estimations précises de consommations d´énergie. Un cadre de conception et de simulation base sur SystemC au niveau système est proposé, nommé IDEA1. Elle permet l’exploration de l’espace de conception de réseaux de capteurs à un stade amont. Les résultats de simulation comprennent le taux de livraison de paquets, la latence de transmission et les consommations d’énergie. Sur un banc d’essai comportant 9 nœuds, la différence moyen entre les IDEA1 simulations et les mesures expérimentales est 4.6 %. Les performances d'IDEA1 sont comparées avec un autre simulateur largement utilisé, NS-2. Avec la co-simulation matérielle et logicielle, IDEA1 peut apporter des modèles plus détaillés de nœuds de capteurs. Pour fournir les résultats de la simulation au même niveau d’abstraction, IDEA1 réalise les simulations deux fois plus vite que NS-2.Enfin, deux études de cas sont accomplies pour valider le flot de conception d'IDEA1. La performance de l‘IEEE 802.15.4 est globalement évaluée pour diverses charges de trafic et configurations de paramètres de protocole. Une application de contrôle actif des vibrations est également étudiée. Les simulations d'IDEA1 trouvent le meilleur choix de protocoles de communication.

This thesis deals with the modeling and simulation of wireless sensor networks in order to provide mote accurate prediction of energy consumptions. A SystemC-based system level design and simulation framework is proposed, named as IDEA1. It enables the design space exploration of sensor networks at an early stage. The simulation results include packet delivery rate, transmission latency and energy consumptions. A testbed consisting of 9 motes is built to validate the simulation results of IDEA1. The average deviation between the IDEA1 simulations and the experimental measurements is 4.6%. The performances of IDEA1 are compared with a widely-used WSN simulator,NS-2. With the hardware and software co-simulation, IDEA1 can provide more detailed models of sensor nodes. For offering the simulation results at same abstraction level,IDEA1 only uses one third of the simulation time of NS-2. Finally, two case studies are performed to validate design flow of IDEA1. The performance of IEEE 802.15.4sensor networks is comprehensively evaluated for various traffic loads and configurations of protocol parameters. In addition, a real-time active vibration control application is also studied. By the simulation of IDEA1, the best choice of communication protocols and hardware platforms is found.