Dimensionnement des réseaux RCSF sous des contraintes énergétiques : modèles mathématiques et méthodes d'optimisation

par Ada Gogu

Thèse de doctorat en Technologies de l’information et des systèmes

Sous la direction de Dritan Nace.

Soutenue en 2012

à Compiègne .

mots clés

• Réseaux de capteurs sans fils
• Rcsf
• Méthodes exactes
• Modélisation
• Réseaux de capteurs (technologie)
• Programmation linéaire
• Programmation dynamique
• Optimisation mathématique
• Algorithmes
• Économies d'énergie
• Modèles mathématiques

Résumé

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la résolution exacte de problèmes de dimensionnement de réseaux RCSF, rencontrés pendant la phase de planification. Tout d’abord nous nous intéressons au problème de déploiement. Il s’agit de positionner les capteurs dans un plan euclidien afin de minimiser le coût des opérations de communication pour transmettre les données vers le Station de Base. Le deuxième problème, le problème de configuration de réseau, s’intéresse à l’organisation des capteurs dans des zones/clusters. L’objectif ici est de déterminer le nombre optimal de zones et leurs portées respectives afin de minimiser la consommation en énergie de chaque capteur. Les méthodes proposées sont basées sur des algorithmes de programmation dynamique qui garantissent des solutions optimales et sont à faible complexité si on les compare aux approches de littérature. Le dernier problème étudié concerne l’affectation de puissances aux capteurs et d’ordonnancement des transmissions. Ici l’objectif est de garantir les transmissions concurrentes entre les nœuds tout en minimisant le temps de transmission des données. Au cœur de notre approche est la stratégie d’affectation de puissances de transmissions qui tente de maximiser la valeur minimale de SINR estimée chez les récepteurs. Le problème est modélisé et résolu en utilisant un algorithme itératif basé sur la programmation linéaire.

Titre traduit

Energy-aware WSN dimensioning : mathematicals models and optimization methods

Résumé

In this thesis, we focused on the development of optimal methods regarding WSN dimensioning problems, mostly encountered during the planning phase. These were instantiated basically into three combinatorial optimization problems. The network deployment scheme which seeks to place the sensors in a such way that the cost of communication operations is minimized. The network configuration problem that asks to find a strategy for dividing the network such that some criteria are satisfied. In the problem’s model we took into account the data aggregation constraint and the discrete values of power transmission. For both problems we proposed a resolution method, based on dynamic programming, which permitted us to solve them optimally. Finally, the joint problem of scheduling and power assignment, consisted in finding a feasible scheduling under SINR constraints and a power assignment scheme to guarantee successful concurrent transmissions. As the problem is shown to be NP-hard we propose a greedy heuristic. The resolution method for the power assignment strategy, an iterative algorithm based on linear programming, provides optimal solutions.