Routin in wireless sensor networks

par Michal Krol

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Andrzej Duda et de Franck Rousseau.

Le président du jury était Éric Fleury.

Les rapporteurs étaient Serge Fdida, Olivier Festor.


  • Résumé

    Le paradigme d’Internet des objets (IoT) envisage d’élargir Internet actuelle avec un grand nombre de dispositifs intelligents. Réseaux de Capteurs sans Fil (WSN) déploie les dispositifs fonctionnant sur des approvisionnements énergétiques maigres et mesurant de phénomènes environnementaux (comme la température, la radioactivité, ou CO 2). Des applications populaires de WSN comprennent la surveillance, le télémétrie, et la prévention des catastrophes naturelles. Des défis majeurs de WSN sont comment permettre à l’efficacité énergétique, surmonter les déficiences de support sans fil, et d’opérer dans à la manière auto-organisée. L’intégration de WSN dans IoT se posera sur des standards ouvertes efforçant d’offrir évolutivité et de fiabilité dans une variété de scénarios et conditions de fonctionnement. Néanmoins, l’état actuel des standards a les problèmes d’interopérabilité et peuvent bénéficier de certaines améliorations. Les contributions de la thèse sont :Nous avons effectué une étude approfondie des filtres de Bloom et de leur utilisation dans le stockage de caractéristiques de nœud dans l’adresse IP. Différentes techniques de compression et de variantes de filtres nous ont permisde développer un système efficace qui comble l’écart entre le routage de caractéristiques et l’approche classique compatible avec les réseaux IPv6.Nous proposons Featurecast, un protocole de routage / service de nommage pourWSN. Il permet d’interroger les réseaux de capteurs en utilisant un ensemble de caractéristiques tout raccord en entête de paquet IPv6. Nous intégrons notre protocole dans RPL et introduisons une nouvelle mesure, qui augmentent l’efficacité de routage. Nous vérifions sa performance contre dans des simulations approfondies et des test sur des capteurs réels dans un bancd’essai à grande échelle. Simulations approfondies démontrent les avantagesde notre protocole en termes d’utilisation de la mémoire, le surcharge de con-trôle, le taux de livraison de paquets et la consommation d’énergie.Nous introduisons WEAVE - un protocole de routage pour les réseaux avec géolo-calisation. Notre solution n’utilise pas de message de contrôle et apprend sesvoies seulement en observant le trafic. Plusieurs mécanismes sont introduitspour garder un en-tête de taille fixe, contourner à la fois les petits commeles grands obstacles et fournir une communication efficace entre les nœuds.Nous avons effectué des simulations à grande échelle impliquant plus de 19000noeuds et des expériences avec des capteurs réels sur banc d’essai IoT-lab.Nos résultats montrent que nous atteignons bien meilleures performances enparticulier dans les réseaux grands et dynamiques sans introduire de surcharge

  • Titre traduit

    Routage dans les réseaux de capteurs sans fil


  • Résumé

    Internet of Things (IoT) paradigm envisages to expand the current Internet witha huge number of intelligent communicating devices. Wireless Sensor Networks(WSN) deploy the devices running on meagre energy supplies and measuring environmental phenomena (like temperature, radioactivity, or CO 2 ). WSN popularapplications include monitoring, telemetry, and natural disaster prevention. Major WSN challenges are energy efficiency, overcome impairments of wireless medium, and operate in the self-organisation. The WSN integrating IoT will rely on a set of the open standards striving to offer scalability and reliability in a variety of the operating scenarios and conditions. Nevertheless, the current state of the standards have interoperability issues and can benefit from further improvements. The contributions of the thesis work are:We performed an extensive study of Bloom Filters and their use in storing nodetext-based elements in IP address. Different techniques of compression andvariants of filters allowed us to develop an efficient system closing the gapbetween feature-routing and classic approach compatible with IPv6 networks.We propose Featurecast, a routing protocol/naming service for WSN. It allowsto query sensor networks using a set of characteristics while fitting in anIPv6 packet header. We integrate our protocol in RPL and introduce a newmetric, which increase the routing efficiency. We check its performance inboth extensive simulations and experimentations on real sensors in a large-scale Senslab testbed. Large-scale simulations demonstrate the advantagesof our protocol in terms of memory usage, control overhead, packet deliveryrate and energy consumption.We introduce WEAVE - a routing protocol for networks with geolocation. Our so-lution does not use any control message and learn its paths only by observingthe traffic. Several mechanisms are introduce to keep a fixed-size header andbypass both small as well as large obstacles and provide an efficient communication between nodes. We performed simulations on large scale involvingmore than 19000 nodes and real-sensor experimentations on IoT-lab testbed. Our results show that we achieve much better performance especially in large and dynamic networks without introducing any control overhead.


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