Couche MAC adaptative pour les applications critiques de surveillance à base d’un réseau de capteurs d’image

par Muhammad Ehsan

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Cong-Duc Pham.


  • Résumé

    Les réseaux de capteurs sans fil sont conçus dans le but de remplir différentes tâches de surveillance dans des conditions environnementales variées. Ces petits appareils électroniques sont capables de détecter, traiter et transmettre des données environnementales avec des communications multi-sauts et peuvent par conséquent aussi se coordonner. En même temps, ces dispositifs ont des ressources limitées (mémoire, capacités de calcul) et doivent fonctionner le plus souvent sur des batteries. C’est pour ces raisons que les recherches menées dans le domaine des réseaux de capteurs possèdent naturellement une forte partie qui concerne la réduction de la consommation d’énergie et une auto-organisation du réseau.Nos recherches considèrent les applications critiques de surveillance. Ces applications peuvent avoir des exigences très différentes des réseaux de capteurs traditionnels. De plus, nous utilisons des capteurs images, dont l’activité est définie en fonction de la criticité de l’application. Un ordonnancement basé sur la criticité permet de définir des nœuds sentinelles qui possèderont une vitesse de capture plus grande, cela afin d’avoir une probabilité plus élevée de détecter des intrusions et d’alerter leurs nœuds voisins. Au niveau de la couche de contrôle d’accès au medium (couche MAC), les approches alternant activité-sommeil (consistant à allumer et éteindre la radio de manière cyclique) sont utilisées pour préserver l’énergie et prolonger la durée de vie du réseau. Cependant, tout en conservant l’énergie, les applications critiques de surveillance ne doivent pas compromettre la qualité de la surveillance et le réseau doit être toujours en mesure de propager rapidement les messages d’alerte. Notre but est de définir un protocole MAC qui pourrait réduire la latence de propagation d’alerte ainsi que de prolonger la durée de vie du réseau. Nous proposons tout d’abord une approche originale pour déterminer dynamiquement la durée de la période d’activité radio des nœuds pour augmenter la probabilité de propager rapidement les alertes. Les résultats des simulations ont confirmé que notre approche réussit à améliorer la réactivité du système par rapport à une approche statique. En même temps, notre proposition permet de réduire considérablement la consommation d’énergie du réseau. Ensuite, nous avons implémenter notre approche sur des capteurs réels et les résultats obtenus sont très proches des résultats de simulation.

  • Titre traduit

    Designing of MAC layer for Mission-Critical Surveillance Applications in Wireless Image Sensor Networks


  • Résumé

    Wireless Sensor Networks (WSNs) are designed for the purpose of completing different monitoring tasks under various environmental conditions. The small electronic devices called sensors are capable of sensing, processing and communicating the environmental data through multi-hop communication and coordination. These devices have limited resources (memory, computing capabilities) and usually run on batteries. This is the reason the research on wireless sensor networks have been focused on energy efficiency and self-organization of the network. We consider mission-critical surveillance applications in our research work. These applications can have different requirements than traditional WSNs. In addition, we use image sensor nodes, whose activity is defined based on criticality of the application. The criticality-based scheduling scheme defines sentry nodes with faster capture rates, to have higher probability to detect intrusions and to alert neighbor nodes. At Medium Access Control (MAC) Layer level, duty cycled approaches are used to preserve energy and prolong the network lifetime. However, while conserving energy, mission-critical surveillance applications cannot compromise on quality of surveillance and the network should still be able to quickly propagate the alert messages. In this thesis, we propose a low latency, energy efficient adaptive MAC protocol. We first propose an original approach to dynamically determine the duty-cycle length of sensor nodes to increase the probability of quick propagation of alerts. Simulation results confirmed that our approach succeeds in improving the system responsiveness when compared to a static duty-cycling approach. At the same time, our proposition considerably reduces the energy consumption of the network. Then, we implemented our approach on sensor node hardware and results were found to be very close to our simulation results.


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