Note publique d'information : L'efficacité énergétique constitue l'objectif clef pour la conception des protocoles
de communication pour des réseaux de capteurs radio multi-sauts. Beaucoup d'efforts
ont été réalisés à différents niveaux de la pile protocolaire à travers des algorithmes
d'agrégation spatiale et temporelle des données, des protocoles de routage efficaces
en énergie, et des couches d'accès au médium avec des mécanismes d'ordonnancement
permettant de mettre la radio en état d'endormissement afin d'économiser l'énergie.
Pour autant, ces protocoles utilisent de façon importante des paquets de contrôle
et de découverte du voisinage qui sont coûteux en énergie. En outre, cela se fait
très souvent sans aucune interaction entre les différentes couches de la pile. Ces
travaux de thèse s'intéressent donc particulièrement à la problématique de l'énergie
des réseaux de capteurs à travers des protocoles de routage et d'accès au médium.
Les contributions de cette thèse se résument de la manière suivante : Nous nous sommes
tout d'abord intéressés à la problématique de l'énergie au niveau routage. Dans cette
partie, les contributions se subdivisent en deux parties. Dans un premier temps, nous
avons proposé une analyse théorique de la consommation d'énergie des protocoles de
routage des réseaux radio multi-sauts d'appréhender au mieux les avantages et les
inconvénients des uns et des autres en présence des modèles de trafic variables, un
diamètre du réseau variable également et un modèle radio qui permet de modéliser les
erreurs de réception des paquets. À l'issue de cette première étude, nous sommes parvenus
à la conclusion que pour être économe en énergie, un protocole de routage doit avoir
des approches similaires à celle des protocoles de routage géographique sans message
hello. Puis, dans un second temps, nous introduisons une étude de l'influence des
stratégies de relayage dans un voisinage à 1 saut sur les métriques de performance
comme le taux de livraison, le nombre de messages dupliqués et la consommation d'énergie.
Cette étude est suivie par une première proposition de protocole de routage géographique
sans message hello (Pizza-Forwarding (PF)) exploitant des zones de relayage optimisées
et sans aucune hypothèse sur les propriétés du canal radio. Dans le but de réduire
considérablement la consommation de PF, nous proposons de le combiner avec une adaptation
d'un protocole MAC asynchrone efficace en énergie à travers une approche transversale.
La combinaison de ces deux approches montre un gain significatif en terme d'économie
d'énergie avec des très bon taux de livraison et cela quels que soient les scénarios
et la nature de la topologique.
Note publique d'information : Energy-efficient communication protocol is a primary design goal for Wireless Sensor
Networks (WSNs). Many efforts have been done to save energy anywhere in the protocol
stack through temporal and spatial data aggregation schemes, energy-aware routing
protocols, activity scheduling and energy-efficient MAC protocols with duty cycle.
However both control packets and beacons remain which induces a huge waste energy.
Moreover, their design follows the classical layered approach with the principle of
modularity in system development, which can lead to a poor performance in WSNs. This
thesis focuses on the issues of energy in WSNs through energy-efficient routing and
medium access control protocols. The constributions of this thesis can be summarized
as follows: First, we are interested on the energy issues at the routing layer for
multihop wireless sensor networks (WSNs). We propose a mathematical framework to model
and analyze the energy consumption of routing protocols in multihop WSNs by taking
into account the protocol parameters, the traffic pattern and the network characteristics
defined by the medium channel properties, the dynamic topology behavior, the network
diameter and the node density. In this study, we show that Beacon-less routing protocol
should be a best candidate to save energy in WSNs. We investigate the performance
of some existing relay selection schemes which are used by Beacon-less routing protocols.
Extensive simulations are proposed to evaluate their performance locally in terms
of packet delivery ratio, duplicated packet and delay. Then, we extend the work in
multihop wiriless networks and develop an optimal solution, Enhanced Nearest Forwarding
within Radius, which tries to minimize the per-hop expected number of retranmissions
in order to save energy. We present a new beaconless routing protocol called Pizza-Forwarding
(PF) without any assumption on the radio environment: neither the radio range nor
symmetric radio links nor radio properties (shadowing, etc.) are assumed or restricted.
A classical greedy mode is proposed. To overcome the hole problem, packets are forwarded
to an optimal node in the two hop neighbor following a reactive and optimized neighborhood
discovery. In order to save energy due to idle listening and overhearing, we propose
to combine PF's main concepts with an energy-efficient MAC protocol to provide a joint
MAC/routing protocol suitable for a real radio environment. Performance results lead
to conclude to the powerful behavior of PFMAC.
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