Techniques d’amélioration du routage et de la formation des clusters multi-sauts dans les réseaux de capteurs sans fil

Informations

Établissement

Télécom SudParis & Université Pierre et Marie Curie

Co-encadrant(s)

Professeurs Monique Becker & Michel Marot

Date de soutenance

10/09/2010

Résumé

Les réseaux de capteurs sans fil sont utilisés aujourd'hui dans de nombreuses applications qui diffèrent par leurs objectifs et leurs contraintes individuelles. Toutefois, le dénominateur commun de toutes les applications de réseaux de capteurs reste la vulnérabilité des micro-capteurs en raison de leurs ressources matérielles limitées dont la plus contraignante est l'énergie. Cette thèse a pour objectif de développer des techniques permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de capteurs destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. Dans ce domaine, l'existant consiste en des enregistreurs de température fixés à demeure dans les entrepôts et les véhicules de transport, qui contrôlent essentiellement la température ambiante de stockage qui n'est pas nécessairement celle du produit. En intégrant les micro-capteurs aux dispositifs de conditionnement (palettes ou bacs), et en les dotant de moyens de communication sans fil, on permet le suivi intégral de la chaîne depuis l'usine de fabrication jusqu'aux rayons des détaillants.
La première approche développée dans cette thèse concerne la phase de transport des produits alimentaires. Les protocoles proposés VBS, WaS et eVBS s'adressent à la problématique posée par l'absence de station de base permanente au sein du petit réseau déployé dans un camion où généralement les noeuds sont en visibilité directe. Ces méthodes ont le triple avantage de présenter un faible overhead, d'accroître l'ergonomie de l'application et l'intérêt économique du réseau.
Dans l'état de l'art, il n'existe pas de déploiement de très grands réseaux de capteurs sans fil destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. Le coeur de cette thèse se positionne ainsi autour de la problématique du passage à l'échelle (scalability), en proposant plusieurs approches permettant d'améliorer l'efficacité énergétique globale du réseau.
Ainsi des optimisations du routage et des techniques de formation de clusters multi-sauts
sont proposées grâce à quelques idées originales d'utilisation de l'indicateur de la qualité de
lien (LQI) mesuré au niveau de la couche MAC. Le LQI est déni dans le standard IEEE
802.15.4 (ZigBee), mais son cadre d'utilisation n'y est pas précisé. Le protocole L2RP de routage par répartition de charge, le mécanisme SNCR de réduction des clusters singletons ainsi que le protocole LQI-DCP d'optimisation du positionnement des chefs de clusters sont des contributions de cette thèse exploitant le LQI afin d'accroître l'efficacité énergétique du réseau. De plus, nous avons montré que l'heuristique MaxMin de formation de clusters multi-sauts n'est pas compatible avec la topologie de déploiement en grille qui est la plus fréquente dans les architectures de réseaux de capteurs.