Improvement of Range-free Localization Systems in Wireless Sensor Networks

par Linqing Gui

Thèse de doctorat en Systèmes Informatiques et Systèmes Embarqués

Sous la direction de Thierry Val.

Soutenue le 13-02-2013

à Toulouse, INSA , dans le cadre de École doctorale Systèmes (Toulouse) , en partenariat avec Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (laboratoire) .

Le président du jury était Eric Gressier-Soudan.

Le jury était composé de Thierry Val, Adrien Van den bosshe, Anne Wei.

Les rapporteurs étaient Benoit Geller, Guillaume Urvoy-Keller.

  • Titre traduit

    Amélioration de la Localisation dans les Réseaux de Capteurs sans Fil par Méthodes "Range-free"


  • Résumé

    Dans le contexte des réseaux de capteurs sans fil, la technique de localisation ”range-free” est plus efficiente, par rapport au principe ”range-based”. Par conséquent, nous avons focalisé nos travaux de cette thèse sur les techniques ”range-free”. Afin de permettre à chaque noeud mobile ou normal de choisir son propre algorithme de localisation, nous avons proposé un mécanisme adapté en scindant les noeuds normaux en deux classes: les noeuds de la première classe ont au moins 3 ancres voisines, alors que les noeuds de la deuxième classe ont moins de trois ancres voisines. Pour les noeuds normaux de la classe 1, nous avons proposé un nouvel algorithme ”Mid-perpendicular”. Pour les noeuds normaux de la classe 2, nous avons proposé deux nouveaux algorithmes ”Checkout DV-hop” et ”Selective 3-Anchor DV-hop”.Pour simuler et évaluer la performance de nos trois nouveaux algorithmes dans le contexte protocolaire des réseaux, nous avons pris soin de proposer deux protocoles associés : ”DV-hopprotocol” et ”Classe-1 protocol”. Par la suite, nous avons combiné ces deux protocoles pour obtenir notre ”adaptive range-free localization protocol”. Basé sur nos protocoles, en utilisant le simulateur WSNet, nous avons simulé différents algorithmes ”range-free” dans le contexte des réseaux de capteurs conformes au standard IEEE 802.15.4. Les résultats ont été présentés et analysés en termes de précision de la localisation, charge du réseau, mobilité des noeuds, et synchronisation de ces derniers.


  • Résumé

    In the context of wireless sensor networks, the range-free localization technique is more costeffective than the range-base scheme. Therefore, in this thesis we focus on the range-free technique.In order to permit each normal node to choose its suitable localization algorithm, we proposed anadaptive mechanism to categorize normal nodes into two classes: the normal nodes having at least 3 neighbor anchors are class-1 nodes, while others are class-2 nodes. For class-1 normal nodes, we proposed a new algorithm named as Mid-perpendicular. For class-2 normal nodes, we proposed twoalgorithms Checkout DV-hop and Selective 3-Anchor DV-hop.In order to simulate and evaluate the performance of our three new algorithms, we proposed two protocols: DV-hop protocol and Class-1 protocol. Then we combined these two protocols into our adaptive range-free localization protocol. Based on our protocols, using the network simulator WSNet,we simulate the concerned range-free localization algorithms in the IEEE 802.15.4 wireless network.The comparative network simulation results are presented and analyzed in terms of localization accuracy, overhead, node mobility, and node synchronization


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