Energy-efficiency in wireless sensor networks

par Tifenn Rault

Thèse de doctorat en Technologies de l'Information et des Systèmes

Sous la direction de Abdelmadjid Bouabdallah et de Frédéric Marin.

Soutenue le 02-10-2015

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Heuristique et Diagnostic des Systèmes Complexes [Compiègne] / Heudiasyc (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Économie d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous avons proposé des solutions originales et performantes pour l’économie d’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Ces contributions s'organisent autour de deux grands axes : les réseaux de capteurs génériques et les réseaux de capteurs sans fil dédiés aux applications santé. Dans un premier temps, nous avons réalisé un état-de-l’art des mécanismes d'économie d’énergie pour les RCSF. Nous avons ensuite proposé deux solutions originales : la première optimise le déplacement d’une station de base, ainsi que la façon dont les données sont stockées dans les capteurs et routées vers le puit mobile ; la seconde optimise le déploiement de chargeurs mobiles, qui une fois dans le réseau permettent de satisfaire la demande en énergie des nœuds via la transmission d’énergie sans fil sur plusieurs sauts. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux applications des RCSF pour la supervision de patients à distance. Nous avons introduit une nouvelle classification des techniques économes en énergie adaptées à la spécificité de ces applications santé. Nous avons ensuite proposé une nouvelle architecture pour la supervision de patient à distance à l’aide de capteurs sans fil qui permet de prolonger la durée de vie des capteurs et de la station de base. Cette solution prend en compte l’environnement du patient et l’hétérogénéité des appareils. Nos résultats montrent que la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil peut être étendue en utilisant les différentes stratégies proposées. L’efficacité de ces approches a été confirmée à l’aide de nombreuses expérimentations numériques et simulations.


  • Résumé

    In this thesis, we propose new strategies for energy conservation in wireless sensor networks, so that the operational time of these networks can be extended. The work can be divided into two main focus area, namely general wireless sensor networks, and healthcareoriented wearable sensor networks. In the first part of this thesis we provide a comprehensive survey of the existing energy-efficient mechanisms. Then, we propose two new solutions: the first one optimizes the displacement of a mobile base station as well as buffer usage and data routing at sensor nodes; the second one optimizes the deployment of wireless chargers in the network to satisfy the energy demand of the sensors. The second part of this thesis is dedicated to healthcare application where wearable sensors are used to remotely supervise a patient. We begin with a state-of-the-art of the energy-efficient techniques existing in the literature. We then introduce a new energy-efficient architecture that allows to optimize the lifetime of both the sensor and the base station. This is a context-aware solution that takes into consideration heterogeneous devices. Our results show that the lifetime of the sensor networks can be extended using the proposed strategies. All the results obtained are supported by numerical experiments and extensive simulations.


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