Efficient radio channel modeling for urban wireless sensors networks

Modélisation efficace du canal radio pour les réseaux de capteurs urbains

Taha Al-Wajeeh (1)

1 XLIM - XLIM

Modeling the radio channel in an accurate way is a key element of any wireless systems. Deterministic models offer a good degree of precision at the cost of high computational complexity, which is prohibitive for wireless sensor network (WSN) simulators because they involve many sensor nodes in a city-wide scale. Within this context, the objective of this thesis is to propose efficient, fast, and accurate deterministic methods for modeling electromagnetic waves by finding the best time-accuracy trade-offs that guarantee accuracy under tight time constraints. The study was first subdivided into two modes according to the dominant propagation mechanism. In microcell configurations, the proposed approach is a ray-tracing model based on the visibility technique. It adopts a set of acceleration techniques to reduce the complexity with a minimal loss of precision. With the same objective, the vertical propagation was addressed to include the most significant contributions. Finally, these models were integrated into a WSN simulator to provide realistic and accurate results for smart city applications. The importance of using accurate models in WSN simulators is illustrated in terms of some network parameters.

Le canal de propagation est un élément important pour la fiabilité des simulations et la conception des systèmes sans fil. Les modèles déterministes offrent un bon niveau de précision au prix d'une complexité croissante de calcul, ce qui les rend prohibitifs pour les simulateurs de réseaux de capteurs sans fil (RdC) car ils impliquent de nombreux nœuds distribués à l'échelle d’une ville. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes déterministes rapides et précises pour modéliser le comportement des ondes électromagnétiques en garantissant le juste compromis entre la précision et le temps de calcul. L’étude a d’abord été subdivisée en deux modes selon le mécanisme dominant de propagation. Dans une configuration microcellule, l'approche proposée est basée sur un modèle de lancer de rayons reposant sur la technique de la visibilité qui adopte un ensemble de techniques d'accélération pour réduire la complexité sans perte significative de la précision. Dans le même objectif, la propagation verticale a été abordée en incluant les contributions les plus significatives. Enfin, ces modèles ont été intégrés dans un simulateur de RdC pour fournir des résultats réalistes dans le contexte d'une ‘smart city’. L'impact des modèles précis dans les simulateurs est illustré par certains paramètres du réseau.

Mots clés: Ray-Tracing; Visibility tree; Acceleration techniques; Vertical profile propagation; WSN simulator; Smart cities.

Mots clés: Lancer de rayons; Arbre de visibilité; Techniques d'accélération; Propagation plan vertical; Simulateur RdC; Villes intelligentes.

Domaines: Electromagnétisme; Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Taha Al-Wajeeh. Efficient radio channel modeling for urban wireless sensors networks. Electromagnetism. Université de Poitiers, 2018. English. ⟨NNT : 2018POIT2314⟩. ⟨tel-02864456⟩