Optimisation du routage, tolérance aux pannes et gestion de l'énergie et de l'interférence pour la transmission des flux multimédia temps réel dans les réseaux de capteur sans fil

par Mohamed Nacer Bouatit

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Selma Boumerdassi.

Le président du jury était Paul Mühlethaler.

Le jury était composé de Ruben Milocco, Françoise Sailhan.

Les rapporteurs étaient Sidi-Mohammed Senouci, Nadjib Achir.


  • Résumé

    Les applications multimédias, dans les réseaux de capteurs sans fil, véhiculent des données volumineuses, qui nécessitent un taux de transmission élevé et un traitement intensif et par conséquent une consommation d'énergie importante. Transmettre efficacement ces flux hétérogènes, tout en assurant leur fiabilité et garantir les exigences de QoS, avec les ressources limitées disponibles, en particulier dans les contextes critiques, demeure un verrou scientifique ouvert. C’est pourquoi, dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux aspects liés : au routage, à la tolérance aux pannes et à la gestion des interférences dans les RCMSF.Compte tenu, du très faible nombre de protocoles de routage, qui ont approché la phase expérimentale et encore moins ceux qui l’ont abordé pendant la transmission des données en temps réel, nous avons développé dans ce contexte, un protocole routage géographique baptisé GNMFT (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),En premier lieu, nous avons amélioré le mode de sélection des nœuds, utilisé par le transfert glouton, pour faire face au problème du Minimum-local, où une fonction objective multicritères (distance, énergie et puissance de réception) relative au choix du prochain saut a été définie. Puis, nous avons introduit une phase d’optimisation des chemins construits afin d’éliminer les boucles et une approche adaptative gérant les transmissions simultanées des différents trafics.Par la suite, nous nous sommes orientés vers la tolérance aux pannes, pour assurer la fiabilité des données transmises ainsi que la connectivité du réseau. A cet effet, nous avons modélisé le nombre des paquets perdus durant la livraison des paquets et proposé deux mécanismes : un curatif pour réparer les défaillances soudaines et un préventif afin d’anticiper l’épuisement des batteries. Les deux mécanismes sont combinés avec une stratégie de basculement dynamique lors de la construction des chemins alternatives.En dernier lieu, nous avons présenté un modèle d’interférence et un troisième mécanisme qui limite les interactions entre les liens adjacents. De plus, nous avons défini également un modèle de perte de chemins dans un environnement multi-paires (source,sink) et nous avons calculé le coefficient de probabilité d’erreurs basée sur une fonction de distance qui sépare les flux de données. Une nouvelle métrique a été ajouté dans la fonction objective, relative à la somme des bruits des nœuds actifs qui interférent sur les nœuds du ForwardingSet du nœud courant.Les résultats obtenus montrent l’efficacité des approches proposées qui ont été étudiées et validées à la fois par simulation et sur un banc d’essai expérimental.

  • Titre traduit

    Optimization and fault tolerance for real-time media stream transmission in wireless sensor networks


  • Résumé

    Multimedia applications in WSNs convey large data (image, audio and video) that requires high transmission rate and intensive treatment and therefore high energy consumption. Effectively transmit these heterogeneous flows, while ensuring their reliability and guaranteeing QoS requirements, with the limited resources available, especially in critical contexts, remains an open scientific problem. That is why, in this thesis, we are interested in aspects related to : routing, fault tolerance and interference management in WMSNs.Given the very low number of routing protocols, that have approached the experimental phase and still less those who approached it during data transmission in real time, we developed in this context, a geographic routing protocol baptised GNMF (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),First, we improved node's selection mode used by the greedy-forwarding, to deal with local minimum problem, where a multi-criteria objective function (distance, energy and reception power) related to next-hop choice has been defined. Then, we introduced an optimization phase of built paths to eliminate loops and an adaptive approach to manage simultaneous traffic transmissions.After that, we oriented towards fault tolerance, to ensure transmitted data reliability and network connectivity. To this end, we modeled the number of lost packets during package delivery and proposed two mechanisms. The curative is used when sudden failures occurs and the preventive to anticipate batteries depletion. Both are combined with a dynamic failover strategy during alternative paths construction.Finally, we presented an interference model and a third mechanism that limits interactions between adjacent links. In addition, we also defined a path loss model in a multipairs environment (source, sink) and computed the error probability coefficient based on a distance function that separates the data flows. A new metric has been added in the objective function, related to noise sum of the active nodes that interferes on forwarding set nodes of the current node.Obtained results show the effectiveness of the proposed approaches that have been studied and validated both by simulation and on an experimental testbed.


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