Optimisation de la couverture de communication et de mesure dans les réseaux de capteurs

par Mengyi Zhang

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Guillaume Gellé.

Soutenue le 19-05-2015

à Reims , 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 Jean-Yves Tourneret.

Les rapporteurs étaient Guillaume Gellé, Alban Goupil, Maxime Colas, Hichem Snoussi, David Brie.


  • Résumé

    Un réseau de capteurs sans fil résulte du déploiement d'un ensemble de petites unités autonomes interagissant via un réseau construit grâce à leur module de communication qui observent leur environnement par des capteurs pour ensuite traiter et/ou sauvegarder cette information via leur capacité calculatoire et de stockage. La couverture est la seule représentation disponible aux réseaux de capteurs de l'espace physique environnant. Par conséquent, il est essentiel de pouvoir qualifier et quantifier sa qualité notamment concernant la présence de trous. Nos travaux utilisent la topologie algébrique pour répondre à ces problèmes. Plus précisément, nous définissons dans un premier temps une notion de trou de couverture d'un champ scalaire qui mesure la qualité de l'estimation par le réseau de capteurs sans pour autant connaître la position des capteurs. Cela permet d'utiliser l'homologie simpliciale pour déterminer la qualité de la couverture globale et accessoirement de mettre en veille certains capteurs surnuméraires tout en garantissant la couverture. Puis, afin de rendre le résultat précédent facilement calculable par un réseau de capteurs grâce à une distribution du calcul qui supporte en plus le passage à l'échelle, nous utilisons la théorie de Morse discrète pour faire le calcul des groupes d'homologie nécessaires à notre application précédente. Enfin, cette dernière approche est rendue suffisamment souple pour permettre le suivi temporel des modifications de la couverture de manière délocalisée. Cela permet non seulement de suivre la qualité de la couverture lorsque l'environnement se modifie mais aussi de proposer un schéma distribué de mise en veille des capteurs afin d'augmenter la durée de vie du réseau de capteurs tout en garantissant une couverture suffisante.

  • Titre traduit

    Communication and measurement coverage optimization in Wireless Sensor Networks


  • Résumé

    A wireless sensor network consists of a set of small autonomous units that interact via a network built by their communication modules. They observe their environment by their sensors and then they manage this information according to their computational capacity and storage. The coverage is the only representation available to the sensor network of its environment. Therefore, it is essential to quantify the quality of coverage especially related to the presence of holes. Our work uses algebraic topology to solve these problems. We first define a notion of the coverage hole in a scalar field, which measures the quality of the estimation by the sensor network without knowing the positions of the sensors. It allows the simplicial homology tool to determine the quality of the overall coverage and put certain redundant sensors into sleeping mode with the guarantee of the coverage. Then, to make the previous result easier to compute by a sensor network, the discrete Morse theory is used. It allows a distributed computation of the previous homology groups while supporting scalability necessary in sensor networks domain. Finally, one flexible approach that allows time varying tracking which allows a coverage is proposed in a distributed way. When the environment changes, this approach can not only guarantee the capability of monitoring of coverage quality, but also proposes a scheme to send to sleep the redundant sensors in order to increase the lifetime of the sensor network with adequate coverage.


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