Ubiquitous networks for Smart Grids

par Jad Nassar

Thèse de doctorat en Informatique et Applications

Sous la direction de Nathalie Mitton et de Nicolas Gouvy.

  • Titre traduit

    Réseau ubiquitaire pour les Smart Grids


  • Résumé

    Les Smart Grids visent à transformer le réseau électrique actuel en un réseau "plus intelligent" où la production énergétique est décentralisée et automatisée, facilitant l'intégration des sources d'énergie renouvelables. Cette évolution est rendue possible grâce à l'utilisation d'un réseau de communication pour les multiples échanges de données hétérogènes des Smart Grids. L'objectif de cette thèse est de proposer un paradigme de communication efficace en termes de qualité de service pour les Smart Grids basé sur les réseaux de capteurs.Dans un premier temps, on s’intéresse au protocole standard RPL. Nous proposons une évolution de celui-ci à travers une nouvelle fonction objectif. Celle-ci tire parti de l’hétérogénéité matérielle des nœuds et des liens pour introduire la qualité de service. Cela permet à RPL de satisfaire les multiples et différentes exigences en termes de fiabilité, de latence et de priorité dans l'acheminement des données. Nos résultats montrent que notre approche permet bien la différentiation du trafic tout en réduisant la latence du routage et en économisant l'énergie.Nous proposons également d'améliorer l'utilisation du réseau de capteurs en y introduisant l’auto-organisation et la réduction des données. Le but est alors de prédire la valeur des données mesurées plutôt que de les transmettre.Une autre approche explorée est d'agréger les différents messages transitant sur le réseau tout en considérant leurs différentes exigences de qualité de service. Ces deux approches permettent ainsi de réduire la consommation d'énergie tout en respectant les exigences des différentes applications des Smart Grids.


  • Résumé

    Smart Grids aim to transform the current electric grid into a "smarter" network where energy production is decentralized and automated, which facilitates the integration of renewable energy resources. This evolution is made possible thanks to the use of a communication network for the multiple heterogeneous data exchanges of the Smart Grids. Hence, the aim of this thesis is to propose an efficient communication paradigm in terms of quality of service for Smart Grids based on wireless sensor networks.First, we study data routing in Smart Grids with the RPL standard. Nevertheless, RPL is not suitable for Smart Grid applications in terms of quality of service. Therefore, we propose an objective function for RPL that takes different features of both nodes and links into consideration. Results show that our approach improves network performance compared to existing solutions in terms of packet delivery ratio, network lifetime, latency and traffic differentiation.Then, we also propose a more efficient data collection by introducing self-organization and data reduction for these wireless sensors. The goal is to predict the value of the measured data rather than transmitting them. Another explored approach is to aggregate the different messages sent across the network while considering their different requirements in terms of quality of service.These two approaches reduce the energy consumption while respecting the requirements of the different applications of the Smart Grids.


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