Analyse des performances d'un réseau de capteurs exploitant le standard IEEE 802.15.4

par Mohamed Nazim Abdeddaim

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Andrzej Duda.

Soutenue le 05-10-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Grenoble (équipe de recherche) .

Le président du jury était Vivien Quéma.

Le jury était composé de Andrzej Duda, Fabrice Theoleyre, Franck Rousseau.

Les rapporteurs étaient Nathalie Mitton, Andre-luc Beylot.


  • Résumé

    Les réseaux de capteurs suscitent un engouement croissant du fait du grand nombre d'applications mais également des défis inhérents à ce genre de réseaux. Le standard IEEE 802.15.4 a été proposé afin de standardiser les couches physique et MAC. Dans ce travail nous avons dans un premier temps proposé une variante multi-canal pour le standard 802.15.4 permettant de résoudre le problème de collisions de supertrames. Pour cela nous proposons de construire un réseau en arbre avec la particularité que chaque cellule du réseau utilise un canal différent permettant ainsi une réduction conséquente des interférences et augmente la capacité du réseau. Nous avons également introduit un nouveau mécanisme de construction de topologie, d'allocation de canal et d'ordonnancement de supertrames nécessaire au bon fonctionnement d'une telle solution. Dans un deuxième temps nous avons analysé l'impact des différents paramètres de la méthode d'accès du standard. Nous avons mis en exergue les faiblesses de la méthode d'accès dont les performances baissent drastiquement pour des réseaux trop importants. Partant de ce constat, nous avons proposé des mécanismes d'auto-adaptation pour la méthode d'accès du standard. Ces derniers permettent d'adapter dynamiquement la taille des fenêtres de contention en fonction des conditions de trafic observées sur le canal. Le calcul des valeurs optimales est exécuté par chaque coordinateur pour résoudre le problème de surdité. Ces mécanismes sont distribués et convergent rapidement même en cas de trafic en rafales.

  • Titre traduit

    Performance Analysis of Wirless Sensor Networks Exploiting the Standard IEEE 802.15.4


  • Résumé

    An increasing interest has been observed in Wirless Sensor Network that can be explained by wide range of WSN applications as well as by the challenges involving the constraints of this type of networks. The IEEE 802.15.4 standard has been proposed with the objective of standardizing the physical and MAC layers. In this work, we have firstly proposed an alternative multichannel scheme for the IEEE 802.15.4 standard. It is able to solve the problem of superframe collisions based on a cluster-tree topology approach in which each cluster uses a different channel allowing the reduction of the interference and increased network capacity. We have also difined a novel mechanism for topology construction, channel allocation, and superframe scheduling. Secondly, we have analyzed the impact of different parameters on the medium access control. We have shown the weakness of the medium access method proposed in the standard. For instance, we have observed a decrease in performance when the standard is applied in large networks. Motivated by the analysis and its results we have then proposed auto-adaptive mechanisms for the medium access control. They allow to dynamically adapt the size of the contention window according to the observed traffic conditions. Each coordinator computes the optimal values to avoid deafness. The proposed mechanisms rapidly converge even in the case of bursty traffic.


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