Contribution aux protocoles de routage dans les réseaux de capteurs sans fil : Application à la supervision agricole

par Ismail Bennis

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Hacène Fouchal.

Soutenue le 19-10-2015

à Reims en cotutelle avec l'Université Mohammed V-Agdal , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (CRESTIC) Centre de Recherches en STIC (laboratoire) .

Le président du jury était Rachid Oulad Haj Thami.

Le jury était composé de Hacène Fouchal, Driss Aboutajdine, Ouadoudi Zytoune, Tarik Taleb.

Les rapporteurs étaient Jalel Ben Othman, Sanaa El Fkihi.


  • Résumé

    Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) ont suscité un grand intérêt scientifique durant cette dernière décennie. Un des grands défis des RCSFs est d'assurer une communication avec la Qualité de Service (QoS) exigée par l'application tout en prenant en considération les contraintes intrinsèques des capteurs. Un autre défi est relatif à la génération des trafics hétérogènes avec des priorités diverses, ce qui impose des contraintes supplémentaires aux différents protocoles de communication. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux protocoles de routage dédiés aux RCSFs. Dans un premier temps, nous proposons des améliorations de deux protocoles appartenant à deux catégories différentes de routage. L'objectif est de surmonter les contraintes liées aux caractéristiques des capteurs sans fil et d'assurer de meilleure performance. Dans un deuxième temps, nous proposons une solution pour remédier à la vulnérabilité de la technique des chemins multiples aussi bien dans le cas d'une seule source ou que dans le cas de plusieurs sources. Ainsi, nous avons proposé un protocole de routage à chemins multiples, capable de créer des chemins tout en évitant l'effet du rayon de détection de porteuse. Ce protocole nommé « Carrier Sense Aware Multipath Geographic Routing (CSA-MGR) », satisfait la QoS exigée par les RCSFs. Comme application directe de notre solution, nous avons étudié un scénario d'irrigation par goutte-à-goutte en utilisant les RCSFs. Principalement, nous nous sommes intéressés au cas d'un dysfonctionnement de système, tel que la rupture des tuyaux d'irrigation ou bien le blocage des émetteurs. Ainsi, nous distinguons deux niveaux de priorité pour les informations transmises par le réseau, et en utilisant le protocole CSA-MGR, nous concevons un routage selon la priorité exigée. Notre travail a été validé avec NS2 et TOSSIM ainsi par une implémentation réelle sur des noeuds capteurs TelosB. Les résultats des simulations numériques et des tests expérimentaux montrent l'apport de nos contributions par rapport aux solutions existantes.

  • Titre traduit

    Contribution to routing protocol for wireless sensor networks : Application to agricultural monitoring


  • Résumé

    Wireless Sensor Networks (WSNs) have aroused great scientific interest during the last decade. One of the greatest challenge of WSNs is to ensure communication with the Quality of Service (QoS) required by the application while taking into account the inherent constraints of the sensor nodes. Another challenge is related to the generation of heterogeneous traffic with different priorities, which imposes additional constraints on different communication protocols. In this thesis, we are interested specifically to routing protocols dedicated to WSNs. First, we propose improvements of protocols based on combinatorial optimization techniques and those based on nodes geographic positions to overcome the related constraints of WSNs. Secondly, we propose a solution to address the vulnerability of the multiple paths technique, whether for the case of a single source or several sources in the network. Thus, our main contribution is to provide a multi-path routing protocol, able to creating paths while avoiding the carrier sense range effect. This protocol denoted "Carrier Sense Aware Multipath Geographic Routing (CSA-MGR)" meets the QoS required by WSNs. As direct application of our solution, we studied a drip irrigation scenario using WSNs. Mainly, we studied the case where a system dysfunctioning occurs, such as irrigation pipe rupture or the emitters blocking. Also, we distinguish two priority levels for the data transmitted over the network, and based on the CSA-MGR, we design routing according to the required priority. Our work in this thesis has been validated through NS2 and TOSSIM simulators and also through a real implementation over the TelosB motes. The results of numerical simulations and experimental results show the advantage of our contributions compared to existing solutions.


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