Solutions for the implementation of a sensors network for border surveillance.
Solutions pour la mise en œuvre d’un réseau de capteurs pour la surveillance de frontières.
Résumé
Today, new security challenges, such as terrorism, transnational crimes, drug and arms trafficking, necessarily require a new strategies to address cross-border security. For a long time, conventional techniques such as human patrols, installation of barriers,
construction of insulation walls and trenching, were used for securing borders over the world. However, those conventional techniques suffer from some issues such as intensive human involvement and high deployment cost, especially when the border line is very large. To overcome these issues, the use of technology for border surveillance was pushed fastly. Hence, technologies such as Wireless Sensor Networks, radars, camera sensors and Unmanned Aerial Vehicle (UAV) were introduced to enhance the border surveillance process. However, the use of any single of those technologies separately may lead to concerns such as a high rate of false alarms and line of sight limitations. Even though combining those technologies to obtain a hybrid architectures is highly recommended in the literature, still some key challenges like energy saving and load balancing need further improvement. The research work carried out in this thesis contributes to a large project which aims to define an operational framework for securing the Algerian land borders. To do that, a multilayer framework to detect and track any border intrusion with minimum human involvements was proposed based on the combination of several technologies such as multimedia sensors, radars, UAVs,...
As a part of this thesis contributions, a detailed deployment scheme for each layer of the proposed architecture was also addressed. For energy saving, load balancing and redundancy elimination, an activation scheduling strategy was proposed also. In this thesis we studied also the effectiveness of adapting some technical parameters on the network lifetime. Finally, for energy supply in border surveillance architecture based on
the combination of radars with mobile camera sensors that are embedded in UAVs, we proposed a Wireless Power Transfer (WPT) system based on rectennas to supply wirelessly UAVs batteries with power during their flight. To manage the access of UAVs to the WPT system, we implement an active UAVs scheduling strategy based on an improved Weighted Round-Robin (WRR) algorithm. All our contributions in this thesis were evaluated through a deep process of several simulations.
Résumé : De nos jours, de nouveaux défis de sécurité, tels que le terrorisme, les crimes transnationaux, le trafic d'armes et de drogue, nécessitent une nouvelle stratégie pour aborder la sécurité transfrontalière. Pendant longtemps, les techniques conventionnelles telles que les patrouilles humaines, l'installation de barrières, la construction de murs et de tranchées, a été utilisée pour sécuriser les frontières dans le monde. Cependant, ces techniques conventionnelles souffrent de certains problèmes tels qu'une implication humaine intensive et un coût de déploiement élevé, en particulier lorsque les frontières sont très grandes. Pour surmonter ces problèmes, l'utilisation de la technologie pour la surveillance des frontières a été promue. Par conséquent, des technologies telles que les réseaux de capteurs sans fil, les radars, les caméras, les capteurs et les drones ont été introduits pour optimiser le processus de surveillance des frontières. Toutefois, l'utilisation de chacune de ces technologies de manière isolée ou non réfléchie peut induire un taux élevé de fausses alarmes et des restrictions de la ligne de mire du champs de captage. Bien que la combinaison de ces technologies pour obtenir une architecture hybride soit fortement recommandée dans la littérature, il reste encore quelques défis clés comme l'économie d'énergie et l'équilibrage de charge. Les travaux de recherche menés dans cette thèse contribuent dans le cadre d'un projet qui vise à définir une architecture opérationnelle de sécurisation des frontières terrestres algériennes. Pour ce faire, une architecture multicouche pour détecter et traquer toute intrusion avec un minimum d'implication humaines a été proposée sur la base de la combinaison de plusieurs technologies telles que les capteurs multimédias, les radars, les drones,... Un schéma de déploiement détaillé pour chaque couche de l'architecture proposée est également exploré et validé. Pour les économies d'énergie, l'équilibrage de charge et l'élimination des redondances, une stratégie d'activation a également été conçue et validée. Dans cette thèse, nous avons étudié également l'efficacité de l'adaptation de certains paramètres techniques sur le durée de vie du réseau. Enfin, pour l'approvisionnement en énergie dans l'architecture de surveillance des frontières basée sur la combinaison de radars avec des caméras mobiles intégrés dans les drones, nous avons proposé un système de transfert de puissance sans fil (WPT) basé sur des antennes rectennas pour alimenter sans fil les batteries des drones pendant leur vol. Pour gérer l'accès des drones au système WPT, nous mettons en œuvre une stratégie de planification basée sur un algorithme amélioré de Weighted Round-Robin (WRR). Toutes nos contributions ont été évaluées et vaidées à travers un processus de tests et de simulations.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)