Cross layer design for energy constrained wireless sensor networks
Approche Multi-niveaux pour la Conception de Réseaux de Capteurs Sans Fil Optimisés en Energie
Résumé
The sensor networks are considered to have the potential to create efficient monitoring applications. A typical wireless sensor node comprises of sensing, computing and networking capabilities. These devices are cooperatively networked to gather, process and forward the data towards the interested users. They have limited battery capacity and sometimes the battery replacement is not considered to be a practical option. In case of video monitoring applications, they have to forward the multimedia packets having realtime deadlines. Thus, there is a need to have an energy efficient and a minimum delay data dissemination design techniques based on the application requirement. Keeping in mind the processing capabilities of these devices, it is considered a challenging task. This thesis presents an energy efficient and minimum delay data dissemination design for a disaster management application installed inside a building. In this application, a building is considered to be in a disastereous situation such as on fire. Based on the data forwarded by the installed sensor network, the first responders decide the rescue and fire extinguishing strategy. There exists two class of network associated with this application. One considers the monitoring of physical
parameters such as temperature, pressure and humidity inside the building and the second one performs the task of video surveillance inside the network. Sensing physical parameters do not need large processing capabilities due to less amount of data communication. Thus, the main research interest is to optimize the energy consumption due to data transmission. On the other hand, video surveillance application has to forward a large amount of video streaming packets. There is a need to not only minimize the energy consumption but also to minimize the packet delivery delay in order to meet the application layer deadlines. Thus, we focus on the efficient delivery of data for these two network classes. The first contribution of the thesis talks about the virtual data dissemination architecture for collecting the data in an energy efficient manner. The considered network collects the physical parameters such as temperature, pressure and humidity inside the building. The second contribution focuses on the energy efficient minimum delay routing metrics for the video streaming application operating inside the building. It minimizes the delay so that the application layer deadlines are fulfilled with minimum energy consumption. The third contribution explores the usage of multichannel design in the sensor network. The centralized and distributed channel allocation mechanisms are described that tries to minimize the interference between communicating nodes in order to increase the network throughput. The first contribution targets the physical parameters monitoring network and second and third contribution focuses on video surveillance network. The efficiency of the proposed appraches are evaluated through simulations in Network Simulator NS-2.
Les réseaux de capteurs peuvent être utilisés pour développer des applications de surveillance efficaces. Cependant, ces réseaux, sont souvent constitués de capteurs alimentés par batterie ayant par définition une capacité limitée, et pour lesquels le remplacement d ces batteries peut dans certains cas ne pas être possible. Cette thèse étudie des techniques en vue de la diffusion de données à délai minimum et efficace en énergie pour une application de gestion de catastrophes au sein d’un bâtiment. Cette application fait apparaître deux types de réseaux. Le premier effectue la surveillance de valeurs physiques telles que la température, la pression et l’humidité à l’intérieur du bâtiment, et le deuxième réalise la surveillance par vidéo au sein du réseau. Une première contribution de cette thèse concerne une architecture virtuelle d’un réseau pour la diffusion de données en vue de collecter des valeurs physiques suivant une approche optimisée en énergie. Dans une deuxième contribution, des métriques sont proposées pour le routage des données à délai minimum, et efficace en énergie, pour une application opérant sur des flux vidéo dans un bâtiment. Une troisième contribution explore l’utilisation de techniques de communication multicanaux dans des réseaux de capteurs. Ces mécanismes cherchent à réduire les interférences dans les communications entre les nœuds afin d’augmenter le débit supporté par le réseau. La première contribution se réfère à la partie de réseau relative à la surveillance de valeurs physiques, alors que les deux dernières contributions concernent la partie de réseau dédiée à la surveillance vidéo. Enfin, dans la dernière partie de la thèse la technique d’allocation de canal et celle de diffusion de données sous contrainte de qualité de service sont combinées dans une application de type cas d’étude.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)