Optimisation d'un réseau de capteurs par techniques MIMO coopératives

par Ghadir Madi

Thèse de doctorat en Optoélectronique, micro-ondes

Soutenue en 2012

à Poitiers .


  • Résumé

    Dans les réseaux de capteurs, la réduction de la consommation d'énergie représente une contrainte très forte. L'enjeu de cette thèse est d'étudier l'application des nouvelles techniques MIMO dans le contexte de coopération pour les réseaux de capteurs afin de réduire la consommation d'énergie. Ces techniques sont basées sur les précodeurs max-dmin et P-OSM qui nécessitent la connaissance du canal à l'émission (Channel State Information ou CSI). Afin de rendre l'utilisation de la CSI réaliste, nous avons quantifié l'information de retour de ces précodeurs avec comme objectif de réduire l'information envoyée vers l'émetteur. Nous avons exploité certaines techniques de la littérature et proposé d'autres pour effectuer cette quantification. Plusieurs schémas coopératifs sont alors proposés pour la mise en place des précodeurs max-dmin et P-OSM avec un canal de retour quantifié. Les performances des systèmes proposés en termes de consommation d'énergie sont évaluées en les comparant avec le système coopératif de la littérature basé sur des codes spatio-temporels et en présence d'une erreur de synchronisation entre les capteurs. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'application des réseaux de capteurs dans les postes électriques haute tension (HT) dans le contexte du Smart-Grid. L'objectif est d'évaluer les performances des systèmes proposés en présence de bruit impulsionnel et dans un environnement réel d'un poste HT ay Québec. En utilisant une série de mesures de ce bruit effectuée par l'Ecole de technologie supérieure de Montréal, nous déterminons un modèle statistique du bruit impulsionnel. Nous proposons une extension de ce modèle afin d'utiliser des systèmes multi-antennaires.

  • Titre traduit

    Optimization of a sensor network by cooperative MIMO techniques


  • Résumé

    Wireless sensor networks (WSN) have a wide range of applications in various fields and consist of a large number of low-cost, low-power distributed sensors. Energy efficiency of sensors is the most critical issue in the system design of the network. The aim of this thesis is to study the application of recent MIMO techniques in the context of cooperative MIMO forWSN in order to reduce energy consumption. These techniques are based on the max−dmin and P-OSM precoders which require the knowledge of the channel state information (CSI) at transmitter. To make the use of the CSI realistic in WSN, we quantized these two precoders. The idea is to reduce the information sent on the feedback channel while still having a good performance of the precoders. We used some techniques from the literature and proposed others to perform this quantization. We then proposed various energy-efficient cooperative schemes that allow the implementation of max−dmin and P-OSM precoders with a quantized feedback channel. Performances of the proposed schemes in terms of energy consumption and transmission delay are evaluated and analyzed by comparing them with the space-time block codes (STBC) based cooperative scheme used in literature. Results show that our proposed systems provide more energy savings than the STBC one even in the presence of synchronization errors between the sensors. We are further interested in the application of sensor networks in high-voltage substations in the context of the Smart Grid. The objective is to evaluate the performance of proposed cooperative systems in the presence of impulsive noise and in a real environment of high-voltage substation in Quebec. By using measured data of impulsive noise obtained from the Ecole de Technologie Supérieure of Montreal, we determined a statistical model of the impulsive noise. In order to use the multi-antenna system, we propose an extension of this model.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XV-157 p.)
  • Annexes : 154 réf. bibliogr.

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