Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Les réseaux de capteurs sans fil multimédia“

Dans ce travail, une initiation aux systèmes embarqués est proposée à des étudiants de Master 1 en « Télé-communication » de l’Université d’Annaba, cela entre également dans le cadre d’une opération de vulgarisation de la recherche. Dans ce travail formulé sous forme d’un TP, nous proposons aux étudiants une partie applicative d’un projet de recherche-formation universitaire (PRFU) portant sur la surveillance d’un écosystème par des réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Ces RCSF sont destinés à une application d’identification et de reconnaissance des oiseaux migrateurs dans leurs habitats naturels en l’occurrence des zones humides. A travers ce travail, les étudiants sont amenés à utiliser différents types de modules de captage, des modules de traitement numérique, que sont les microcontrôleurs, ainsi que des modules de transmissions. Une partie traitement numérique du signal et de programmation est également nécessaire dans le traitement appliqué sur des échantillons de sons de oiseaux (cris et/ou chants). Ce travail qui arrive à la fin de la première année de Master permet aux étudiants de revoir différents aspects abordés durant leur cursus et les initiés à un travail de recherche.

Aujourd'hui, la prolifération de matériel peu coûteux tels que les caméras et les microphones capables de capturer du contenu multimédia de façon ubiquitaire a conduit à l'émergence des réseaux de capteurs sans fil multimédia/vidéo (RCSFM /RCSFV). En conséquence, un grand éventail d'applications peuvent être projetées dans de nombreux domaines de la vie de tous les jours. Par rapport aux réseaux de capteurs traditionnels (RCSF), les RCSFVs présentent des défis uniques principalement en raison de la grande quantité de données à capturer et à transmettre au-dessus d'un réseau contraint en ressources. Un certain niveau de qualité de service peut être exigé en termes de délai, bande passante, gigue, fiabilité, qualité de perception de la vidéo, etc. Dans ce travail, nous visons le problème du routage de données vidéo dans un RCSF. De nombreux protocoles de routage ont été proposés dans la littérature. Ils peuvent être qualifiés de plat ou hiérarchique en vue de l'organisation du réseau. Dans une topologie plate, tous les noeuds ont les mêmes fonctionnalités où chacun peut participer au processus de routage. Cependant, dans une architecture hiérarchique, les capteurs sont organisés en groupes (clusters) permettant une plus grande évolutivité, moins d'énergie consommée et donc une plus longue vie pour l'ensemble du réseau. Parmi les protocoles de routage existants, peu considèrent spécifiquement la transmission de données intensives comme la vidéo. Dans ce travail, nous avons d'abord proposé un protocole de routage hiérarchique appelé ELPC (Energy Level Passive Clustering) dont l'objectif principal est d'améliorer la durée de vie du réseau en présence de flux vidéo. Ceci est obtenu grâce à l'équilibrage des charges au moment de la construction de la topologie où le rôle de tête de groupe est alterné entre les noeuds candidats en fonction de leur niveau d'énergie. La deuxième contribution consiste en un protocole de routage multichemin qui prend les interférences inter-chemin en considération. En effet, en permettant la transmission de plusieurs flux concurrents, le délai de bout en bout se trouve réduit et les besoins de l'application en termes de bande passante peuvent être satisfaits. Au lieu de supprimer complètement les interférences, notre protocole de routage multichemin tente de les minimiser en se basant sur l'ajout d'informations supplémentaires sur les noeuds voisins dans les messages de construction de la topologie. De plus, nous proposons un schéma de files d'attente à priorités multiples où l'influence des types de données dans une vidéo est considérée. Les résultats des simulations montrent que l'utilisation de chemins moins interférents combinée à un régime de multipriorité permet une meilleure qualité vidéo.

Les progrès réalisés en systèmes micro-électro-mécaniques couplés avec leur convergence vers les systèmes de communication sans fil, ont permis l'émergence des réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Les contraintes de ces réseaux font que tous les efforts soient fournis pour proposer des solutions économes en énergie. Avec les récents développements des technologies CMOS, des capteurs d'images à faible coût ont été développés. En conséquence, un nouveau dérivé des RCSF, qui sont les Réseaux de Capteurs Vidéo Sans Fil (RCVSF), a été proposé. La particularité des données vidéo ainsi que les contraintes inhérentes aux nœuds ont introduit de nouveaux défis. Dans cette thèse, nous proposons deux solutions basées sur l'approche inter-couches pour la livraison de la vidéo sur les RCVSF. La première solution propose un nouveau schéma de compression vidéo adaptatif, efficace en énergie et basé sur la norme de compression vidéo H.264/AVC. Le flux vidéo est ensuite géré par une version améliorée du protocole MMSPEED que nous proposons et notons EQBSA-MMSPEED. Les résultats des simulations montrent que la durée de vie du réseau est étendue de 33%, tout en améliorant la qualité du flux vidéo reçu de 12%. Dans la deuxième solution, nous enrichissons le schéma de compression de modèles mathématiques pour prévoir la consommation d'énergie et la distorsion de l'image lors des phases d'encodage et de transmission. Le flux vidéo est géré par un nouveau protocole de routage efficace en énergie et à fiabilité améliorée noté ERMM. Comparée à une approche basique, cette solution réalise une extension de la durée de vie du réseau de 15%, tout en améliorant la qualité du flux vidéo reçu de 35%
Thanks to the valuable advances in Micro Electro-Mechanical Systems coupled with their convergence to wireless communication systems, the Wireless Sensor Networks (WSN). In the WSN context, all the efforts are made in order to propose energy-efficient solutions. With the recent developments in CMOS technology, low-cost imaging sensors have been developed. As a result, a new derivative of the WSN, which is the Wireless Video Sensor Network (WVSN), has been proposed. The particularities of the video data as well as the inherent constraints of the nodes have introduced new challenges. In this thesis, we propose two cross-layer based solutions for video delivery over the WVSN. The first solution proposes a new energy efficient and adaptive video compression scheme dedicated to the WVSNs, based on the H.264/AVC video compression standard. The video stream is then handled by an enhanced version of MMSPEED protocol, that we propose and note EQBSA-MMSPEED. Performance evaluation shows that the lifetime of the network is extended by 33%, while improving the video quality of the received stream by 12%. In the second solution, we enrich our compression scheme with mathematical models to predict the energy consumption and the video distortion during the encoding and the transmission phases. The video stream is then handled by a novel energy efficient and improved reliability routing protocol, that we note ERMM. Compared to a basic approach, this solution is extending the network lifetime by 15%, while improving the quality of the received video stream by 35%

Aujourd'hui, la prolifération de matériel peu coûteux tels que les caméras et les microphones capables de capturer du contenu multimédia de façon ubiquitaire a conduit à l'émergence des réseaux de capteurs sans fil multimédia/vidéo (RCSFM /RCSFV). En conséquence, un grand éventail d'applications peuvent être projetées dans de nombreux domaines de la vie de tous les jours. Par rapport aux réseaux de capteurs traditionnels (RCSF), les RCSFVs présentent des défis uniques principalement en raison de la grande quantité de données à capturer et à transmettre au-dessus d'un réseau contraint en ressources. Dans ce travail, nous avons d'abord proposé un protocole de routage hiérarchique appelé ELPC (Energy Level Passive Clustering) dont l'objectif principal est d'améliorer la durée de vie du réseau en présence de flux vidéo. Ceci est obtenu grâce à l'équilibrage des charges au moment de la construction de la topologie où le rôle de tête de groupe est alterné entre les noeuds candidats en fonction de leur niveau d'énergie. La deuxième contribution consiste en un protocole de routage multichemin qui prend les interférences inter-chemin en considération. Au lieu de supprimer complètement les interférences, notre protocole de routage multichemin tente de les minimiser en se basant sur l'ajout d'informations supplémentaires sur les noeuds voisins dans les messages de construction de la topologie. De plus, nous proposons un schéma de files d'attente à priorités multiples où l'influence des types de données. Les résultats des simulations montrent que l'utilisation de chemins moins interférents combinée à un régime de multipriorité permet une meilleure qualité vidéo
Nowadays, the proliferation of inexpensive hardware such as CMOS cameras and microphones that are able to ubiquitously capture multimedia content has led to the emergence of wireless multimedia/video sensor networks (WMSN/WVSN). As a consequence, a wide spectrum of applications can be projected in many areas and everyday life. Compared to traditional WSNs, WVSNs introduce unique challenges due mainly to the big amount of data to be captured and transmitted over a constrained network. In this work, we first propose a cluster-based (hierarchical) routing protocol called ELPC (Energy Level Passive Clustering) where the main objective is to enhance the network lifetime while handling video applications. This is achieved thanks to a load balancing feature where the role of clusterheads is alternated among candidate nodes depending on their energy level. The second contribution consists in a multipath routing protocol with interference awareness. Instead of completely suppressing interferences, our multipath routing protocol tries to minimize them through a simple algorithm without extra overhead. Multiple paths are built at once while minimizing their inter-path interferences thanks to some additional information on neighboring nodes piggybacked on the route request messages. In addition to interference awareness, we propose a multiqueue multipriority scheme where the influence of data type in a video is considered. Simulation results show that using less interfering paths combined to a multiqueue multipriority scheme allows for better video quality

Un réseau de capteurs sans fil (RCSF) ou bien Wireless Sensor Network (WSN) est l’ensemble d’éléments appelés micro-capteurs capable de collecter des données et les transmettre via des liens sans fil. Avec le développement des éléments hardware comme les caméras CMOS, l’intégration des contenus multimédia est devenue possible dans les RCSFs la chose qui a conduit au développement des Réseaux de Capteurs Sans Fil Multimédia (RCSFMs) connu aussi sous le nom de Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). Les RCSFMs nécessitent généralement des liaisons sans fil à courte portée et à hauts débits qui supportent la transmission des contenus multimédia comme des images et des vidéos dans des environnements internes, ce qui justifie l’usage de la technologie de transmission sans fil Ultra Wide Band (UWB) et plus précisément le standard IEEE 802.15.3c dans nos travaux de recherche, et pour assurer la bonne transmission des contenus multimédia (images/vidéos) avec une certaine qualité de service à travers le système UWB IEEE 802.15.3c, des codeurs de sources robustes et efficaces ont été bien choisi (JPEG et SPIHT pour les images et H.264/AVC pour les vidéos). Nos contributions dans ce manuscrit se focalisent sur l’amélioration de la qualité de service (QoS), en premier lieu pour le cas de transmission d’images, et ce par l’application de diverses techniques adaptatives y compris la protection inégale de données UEP au niveau du codeur canal et les modulations hiérarchique, hybride, OFDM adaptative au niveau du modulateur. En deuxième lieu, et pour le cas d’une source vidéo, toutes les techniques citées précedemment ont été appliquées afin d’améliorer la qualité de vidéos reçues au côté recepteur. De plus, nous avons agit sur le choix de la taille du GOP (Group of Pictures) dans le codeur H.264/AVC pour montrer l’influence de la taille de GOP lors de la transmission d’une vidéo sur la propagation d’erreurs produites par le canal multi-trajets perturbé. L’originalité de cette thèse porte à proposer des techniques performantes pour l’amélioration de la qualité de transmission des flux compressés multimédia à travers un système UWB IEEE 802.15.3c plus spécifiquement, le mode de couche physique Audio Visuel à haut débit (AV HRP) tout en gardant une bonne QoS et minimisant le rapport débit distortion et d’exploiter les caractéristiques des RCSFMs qui sont largement utilisés pour déployer des services dans des applications multimédias IoT
Wireless Sensor Network (WSN) is the set of elements called micro-sensors able to collect data and transmit it via wireless links. In recent years and with the development of hardware elements such as CMOS cameras, the integration of multimedia content has become possible in the WSNs, that leds to the development of Wireless Multimedia Sensor Network (WMSN). The WMSNs requires short-range and high-speed wireless links that support the transmission of multimedia contents such as images and videos in indoor environments, which justifies the use of Ultra Wide Band (UWB) wireless transmission technology, more precisely the IEEE 802.15.3c standard. In order to ensure a better image/video transmission with a certain quality of service over UWB IEEE 802.15.3c system, many robust and efficient source encoders are used on our research work like JPEG and SPIHT for image transmission and H.264/AVC for video transmission. Our contributions in this manuscript focus on improving the quality of service (QoS), firstly for the case of image transmission by the application of various adaptive techniques including unequal error protection UEP at the channel encoder side and hierarchical modulation, hybrid modulation and adaptive OFDM modulation at the modulator side. Secondly, and for the case of video transmission, all the techniques previously mentioned have been applied to improve the quality of transmitted videos at the receiver side. In addition, we acted on the choice of the size of the GOP (Group of Pictures) at H.264 /AVC encoder to show the influence of the GOP size during the video transmission on the errors propagation produced by the noisy multi-path channel. The originality of this thesis is to propose effective techniques for the improvement of transmitted multimedia contents quality through UWB IEEE 802.15.3c system, more precisely the audio visual high rate physical layer mode (AV HRP) while keeping a good QoS and minimizing the rate distortion ratio and exploit the characteristics of WMSNs which are widely used to deploy services in IoT multimedia applications

L'apparition récente de petits capteurs peu couteux fonctionnant sur batteries, capables de traiter les données acquises et de les transmettre par ondes radio ont le potentiel de révolutionner les applications de surveillance traditionnelles. Les réseaux sans fils composés de nœuds capteurs autonomes proches de la cible à surveiller permettent des tâches de surveillance précises allant du contrôle de la température dans des bâtiments jusqu'a la détection de feux de forêt. Récemment, de nouvelles applications de réseaux de capteurs sans fil telles que des applications multimédia ou dans le domaine de la santé ont émergé. Les réseaux sous-jacents déployés pour ces applications sont souvent compos'es de nœuds hétérogènes comportant différents capteurs et doivent fournir un niveau de service conforme aux exigences des différents types de trafic en s'adaptant à la charge variable. Cependant, concevoir des protocoles efficaces adaptés à ces applications tout en s'accommodant des ressources limitées des réseaux de capteurs est une tâche difficile. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur le support de la qualité de service au niveau de la couche MAC, car cette couche conditionne et détermine largement les performances du réseau étant donné qu'elle est responsable de l'organisation de l'accès au canal. Dans un premier temps, nous étudions les contraintes spécifiques des applications ayant des exigences fortes ainsi que des applications hétérogènes et nous examinons les travaux proposés dans la littérature. Etant donné l'inadéquation des solutions existantes en présence d'un trafic important, nous proposons AMPH, un protocole MAC adaptatif avec qualité de service pour les réseaux de capteurs sans fil hétérogènes. Notre solution consiste en une méthode d'accès au canal hybride basée sur le multiplexage temporel, dans laquelle tous les nœuds peuvent accéder au canal à chaque division de temps en utilisant un nouveau mécanisme de compétition qui favorise le trafic prioritaire. Grâce à ces techniques, AMPH utilise efficacement le canal quelque soit la charge de trafic et assure une latence faible au trafic temps réel. Nous vérifions les performances d'AMPH à l'aide de simulations et d'un modèle mathématique.

Durant ces dernières années, de nombreux travaux de recherches ont été menés dans le domaine des réseaux multi-sauts sans fil à contraintes (MWNs: Multihop Wireless Networks). Grâce à l'évolution de la technologie des systèmes mico-electro-méchaniques (MEMS) et, depuis peu, les nanotechnologies, les MWNs sont une solution de choix pour une variété de problèmes. Le principal avantage de ces réseaux est leur faible coût de production qui permet de développer des applications ayant un unique cycle de vie. Cependant, si le coût de fabrication des nœuds constituant ce type de réseaux est assez faible, ces nœuds sont aussi limités en capacité en termes de: rayon de transmission radio, bande passante, puissance de calcul, mémoire, énergie, etc. Ainsi, les applications qui visent l'utilisation des MWNs doivent être conçues avec une grande précaution, et plus spécialement la conception de la fonction de routage, vu que les communications radio constituent la tâche la plus consommatrice d'énergie.Le but de cette thèse est d'analyser les différents défis et contraintes qui régissent la conception d'applications utilisant les MWNs. Ces contraintes se répartissent tout le long de la pile protocolaire. On trouve au niveau application des contraintes comme: la qualité de service, la tolérance aux pannes, le modèle de livraison de données au niveau application, etc. Au niveau réseau, on peut citer les problèmes de la dynamicité de la topologie réseau, la présence de trous, la mobilité, etc. Nos contributions dans cette thèse sont centrées sur l'optimisation de la fonction de routage en considérant les besoins de l'application et les contraintes du réseau. Premièrement, nous avons proposé un protocole de routage multi-chemin "en ligne" pour les applications orientées QoS utilisant des réseaux de capteurs multimédia. Ce protocole repose sur la construction de multiples chemins durant la transmission des paquets vers leur destination, c'est-à-dire sans découverte et construction des routes préalables. En permettant des transmissions parallèles, ce protocole améliore la transmission de bout-en-bout en maximisant la bande passante du chemin agrégé et en minimisant les délais. Ainsi, il permet de répondre aux exigences des applications orientées QoS.Deuxièmement, nous avons traité le problème du routage dans les réseaux mobiles tolérants aux délais. Nous avons commencé par étudier la connectivité intermittente entre les différents et nous avons extrait un modèle pour les contacts dans le but pouvoir prédire les future contacts entre les nœuds. En se basant sur ce modèle, nous avons proposé un protocole de routage, qui met à profit la position géographique des nœuds, leurs trajectoires, et la prédiction des futurs contacts dans le but d'améliorer les décisions de routage. Le protocole proposé permet la réduction des délais de bout-en-bout tout en utilisant d'une manière efficace les ressources limitées des nœuds que ce soit en termes de mémoire (pour le stockage des messages dans les files d'attentes) ou la puissance de calcul (pour l'exécution de l'algorithme de prédiction).Finalement, nous avons proposé un mécanisme de contrôle de la topologie avec un algorithme de routage des paquets pour les applications orientés évènement et qui utilisent des réseaux de capteurs sans fil statiques. Le contrôle de la topologie est réalisé à travers l'utilisation d'un algorithme distribué pour l'ordonnancement du cycle de service (sleep/awake). Les paramètres de l'algorithme proposé peuvent être réglés et ajustés en fonction de la taille du voisinage actif désiré (le nombre moyen de voisin actifs pour chaque nœud). Le mécanisme proposé assure un compromis entre le délai pour la notification d'un événement et la consommation d'énergie globale dans le réseau
Great research efforts have been carried out in the field of challenged multihop wireless networks (MWNs). Thanks to the evolution of the Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology and nanotechnologies, multihop wireless networks have been the solution of choice for a plethora of problems. The main advantage of these networks is their low manufacturing cost that permits one-time application lifecycle. However, if nodes are low-costly to produce, they are also less capable in terms of radio range, bandwidth, processing power, memory, energy, etc. Thus, applications need to be carefully designed and especially the routing task because radio communication is the most energy-consuming functionality and energy is the main issue for challenged multihop wireless networks.The aim of this thesis is to analyse the different challenges that govern the design of challenged multihop wireless networks such as applications challenges in terms of quality of service (QoS), fault-tolerance, data delivery model, etc., but also networking challenges in terms of dynamic network topology, topology voids, etc. Our contributions in this thesis focus on the optimization of routing under different application requirements and network constraints. First, we propose an online multipath routing protocol for QoS-based applications using wireless multimedia sensor networks. The proposed protocol relies on the construction of multiple paths while transmitting data packets to their destination, i.e. without prior topology discovery and path establishment. This protocol achieves parallel transmissions and enhances the end-to-end transmission by maximizing path bandwidth and minimizing the delays, and thus meets the requirements of QoS-based applications. Second, we tackle the problem of routing in mobile delay-tolerant networks by studying the intermittent connectivity of nodes and deriving a contact model in order to forecast future nodes' contacts. Based upon this contact model, we propose a routing protocol that makes use of nodes' locations, nodes' trajectories, and inter-node contact prediction in order to perform forwarding decisions. The proposed routing protocol achieves low end-to-end delays while using efficiently constrained nodes' resources in terms of memory (packet queue occupancy) and processing power (forecasting algorithm). Finally, we present a topology control mechanism along a packet forwarding algorithm for event-driven applications using stationary wireless sensor networks. Topology control is achieved by using a distributed duty-cycle scheduling algorithm. Algorithm parameters can be tuned according to the desired node's awake neighbourhood size. The proposed topology control mechanism ensures trade-off between event-reporting delay and energy consumption

Les applications multimédias, dans les réseaux de capteurs sans fil, véhiculent des données volumineuses, qui nécessitent un taux de transmission élevé et un traitement intensif et par conséquent une consommation d'énergie importante. Transmettre efficacement ces flux hétérogènes, tout en assurant leur fiabilité et garantir les exigences de QoS, avec les ressources limitées disponibles, en particulier dans les contextes critiques, demeure un verrou scientifique ouvert. C’est pourquoi, dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux aspects liés : au routage, à la tolérance aux pannes et à la gestion des interférences dans les RCMSF.Compte tenu, du très faible nombre de protocoles de routage, qui ont approché la phase expérimentale et encore moins ceux qui l’ont abordé pendant la transmission des données en temps réel, nous avons développé dans ce contexte, un protocole routage géographique baptisé GNMFT (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),En premier lieu, nous avons amélioré le mode de sélection des nœuds, utilisé par le transfert glouton, pour faire face au problème du Minimum-local, où une fonction objective multicritères (distance, énergie et puissance de réception) relative au choix du prochain saut a été définie. Puis, nous avons introduit une phase d’optimisation des chemins construits afin d’éliminer les boucles et une approche adaptative gérant les transmissions simultanées des différents trafics.Par la suite, nous nous sommes orientés vers la tolérance aux pannes, pour assurer la fiabilité des données transmises ainsi que la connectivité du réseau. A cet effet, nous avons modélisé le nombre des paquets perdus durant la livraison des paquets et proposé deux mécanismes : un curatif pour réparer les défaillances soudaines et un préventif afin d’anticiper l’épuisement des batteries. Les deux mécanismes sont combinés avec une stratégie de basculement dynamique lors de la construction des chemins alternatives.En dernier lieu, nous avons présenté un modèle d’interférence et un troisième mécanisme qui limite les interactions entre les liens adjacents. De plus, nous avons défini également un modèle de perte de chemins dans un environnement multi-paires (source,sink) et nous avons calculé le coefficient de probabilité d’erreurs basée sur une fonction de distance qui sépare les flux de données. Une nouvelle métrique a été ajouté dans la fonction objective, relative à la somme des bruits des nœuds actifs qui interférent sur les nœuds du ForwardingSet du nœud courant.Les résultats obtenus montrent l’efficacité des approches proposées qui ont été étudiées et validées à la fois par simulation et sur un banc d’essai expérimental
Multimedia applications in WSNs convey large data (image, audio and video) that requires high transmission rate and intensive treatment and therefore high energy consumption. Effectively transmit these heterogeneous flows, while ensuring their reliability and guaranteeing QoS requirements, with the limited resources available, especially in critical contexts, remains an open scientific problem. That is why, in this thesis, we are interested in aspects related to : routing, fault tolerance and interference management in WMSNs.Given the very low number of routing protocols, that have approached the experimental phase and still less those who approached it during data transmission in real time, we developed in this context, a geographic routing protocol baptised GNMF (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),First, we improved node's selection mode used by the greedy-forwarding, to deal with local minimum problem, where a multi-criteria objective function (distance, energy and reception power) related to next-hop choice has been defined. Then, we introduced an optimization phase of built paths to eliminate loops and an adaptive approach to manage simultaneous traffic transmissions.After that, we oriented towards fault tolerance, to ensure transmitted data reliability and network connectivity. To this end, we modeled the number of lost packets during package delivery and proposed two mechanisms. The curative is used when sudden failures occurs and the preventive to anticipate batteries depletion. Both are combined with a dynamic failover strategy during alternative paths construction.Finally, we presented an interference model and a third mechanism that limits interactions between adjacent links. In addition, we also defined a path loss model in a multipairs environment (source, sink) and computed the error probability coefficient based on a distance function that separates the data flows. A new metric has been added in the objective function, related to noise sum of the active nodes that interferes on forwarding set nodes of the current node.Obtained results show the effectiveness of the proposed approaches that have been studied and validated both by simulation and on an experimental testbed

Les applications multimédias, dans les réseaux de capteurs sans fil, véhiculent des données volumineuses, qui nécessitent un taux de transmission élevé et un traitement intensif et par conséquent une consommation d'énergie importante. Transmettre efficacement ces flux hétérogènes, tout en assurant leur fiabilité et garantir les exigences de QoS, avec les ressources limitées disponibles, en particulier dans les contextes critiques, demeure un verrou scientifique ouvert. C’est pourquoi, dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux aspects liés : au routage, à la tolérance aux pannes et à la gestion des interférences dans les RCMSF.Compte tenu, du très faible nombre de protocoles de routage, qui ont approché la phase expérimentale et encore moins ceux qui l’ont abordé pendant la transmission des données en temps réel, nous avons développé dans ce contexte, un protocole routage géographique baptisé GNMFT (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),En premier lieu, nous avons amélioré le mode de sélection des nœuds, utilisé par le transfert glouton, pour faire face au problème du Minimum-local, où une fonction objective multicritères (distance, énergie et puissance de réception) relative au choix du prochain saut a été définie. Puis, nous avons introduit une phase d’optimisation des chemins construits afin d’éliminer les boucles et une approche adaptative gérant les transmissions simultanées des différents trafics.Par la suite, nous nous sommes orientés vers la tolérance aux pannes, pour assurer la fiabilité des données transmises ainsi que la connectivité du réseau. A cet effet, nous avons modélisé le nombre des paquets perdus durant la livraison des paquets et proposé deux mécanismes : un curatif pour réparer les défaillances soudaines et un préventif afin d’anticiper l’épuisement des batteries. Les deux mécanismes sont combinés avec une stratégie de basculement dynamique lors de la construction des chemins alternatives.En dernier lieu, nous avons présenté un modèle d’interférence et un troisième mécanisme qui limite les interactions entre les liens adjacents. De plus, nous avons défini également un modèle de perte de chemins dans un environnement multi-paires (source,sink) et nous avons calculé le coefficient de probabilité d’erreurs basée sur une fonction de distance qui sépare les flux de données. Une nouvelle métrique a été ajouté dans la fonction objective, relative à la somme des bruits des nœuds actifs qui interférent sur les nœuds du ForwardingSet du nœud courant.Les résultats obtenus montrent l’efficacité des approches proposées qui ont été étudiées et validées à la fois par simulation et sur un banc d’essai expérimental
Multimedia applications in WSNs convey large data (image, audio and video) that requires high transmission rate and intensive treatment and therefore high energy consumption. Effectively transmit these heterogeneous flows, while ensuring their reliability and guaranteeing QoS requirements, with the limited resources available, especially in critical contexts, remains an open scientific problem. That is why, in this thesis, we are interested in aspects related to : routing, fault tolerance and interference management in WMSNs.Given the very low number of routing protocols, that have approached the experimental phase and still less those who approached it during data transmission in real time, we developed in this context, a geographic routing protocol baptised GNMF (Geographic Non-interfering Multipath Fault-tolerant),First, we improved node's selection mode used by the greedy-forwarding, to deal with local minimum problem, where a multi-criteria objective function (distance, energy and reception power) related to next-hop choice has been defined. Then, we introduced an optimization phase of built paths to eliminate loops and an adaptive approach to manage simultaneous traffic transmissions.After that, we oriented towards fault tolerance, to ensure transmitted data reliability and network connectivity. To this end, we modeled the number of lost packets during package delivery and proposed two mechanisms. The curative is used when sudden failures occurs and the preventive to anticipate batteries depletion. Both are combined with a dynamic failover strategy during alternative paths construction.Finally, we presented an interference model and a third mechanism that limits interactions between adjacent links. In addition, we also defined a path loss model in a multipairs environment (source, sink) and computed the error probability coefficient based on a distance function that separates the data flows. A new metric has been added in the objective function, related to noise sum of the active nodes that interferes on forwarding set nodes of the current node.Obtained results show the effectiveness of the proposed approaches that have been studied and validated both by simulation and on an experimental testbed

Les réseaux de capteurs sans fil ont attiré beaucoup d’activités de recherche et développement au cours de la dernière décennie. Pourtant, leur utilisation est restreinte, à ce jour, à la surveillance et l’acheminement des informations détectées. Cette thèse vise à introduire un nouvel aspect intéressant de point de vue fonctionnel. Partant d’une exigence spécifiée initialement, mettre en oeuvre une synergie à plusieurs niveaux entre un ensemble des noeuds, tout en se basant sur une interaction adéquate. Ceci est réalisé par la génération automatique de code (correct par construction) et sa distribution par la suite en s’appuyant sur la théorie de contrôle par supervision. La synthèse de contrôleurs discrets SCD est une application de ce cadre théorique. Dans ce manuscrit, nous montrons comment la technique de la SCD peut être utilisée dans le domaine de réseaux de capteurs sans fil. Ainsi son potentiel se décline à deux niveaux. L’ordonnancement intra-cluster (groupe redondant de capteurs) avec des spécifications exprimant l’exclusion mutuelle lors de l’activation d’un capteur au sein d’un cluster, essentielle pour économiser l’énergie du réseau ainsi que la génération automatique d’un algorithme de routage optimal et multicritères pour les réseaux de capteurs. Spécifiquement, un chemin optimal devrait avoir à la fois une longueur minimale en termes de distance tout en évitant des chemins composés de noeuds dits « maillons faibles » (ayant un niveau d’énergie plus bas que la majorité). Les outils formels cités s’appuient sur une démarche de modélisation basée sur des machines à états finis communicantes. Les verrous scientifiques sont liés à la nature d’un réseau de capteurs ainsi qu’à sa taille. La SCD génère des contrôleurs monobloc, alors qu’au sein d’un réseau de capteurs le traitement est essentiellement distribué. La problématique est celle de la distribution d’un contrôleur global, qui se présente sous forme d’une contrainte logique exprimée sur l’état global du réseau, sur chacun des noeuds du réseau, en ajoutant la synchronisation nécessaire pour garantir un fonctionnement distribué équivalent au contrôleur initialement généré
Wireless Sensor networks are attracted many activities of research and development during the last decade. Yet, the distributed behavior of a WSN remains centered on two main objectives: sensing and routing. This thesis advocates the introduction of an additional feature, which can be considered interesting from a functional point of view and potentially from the power consumption one: starting from a designer-specified requirement, implement a multiple level synergy between (groups of) nodes, based on adequate interaction. This is achieved by automatic generation and distribution of correct-by-construction code, relying on the Supervisory Control Theory. The Discrete Controller Synthesis (DCS) technique is an application of this theoretic framework. In this thesis, we show how DCS can be used for WSN. Thus, its potential is at two levels. The intra-cluster scheduling of a redundant group of sensors with specifications expressing the mutual exclusion during the activation of a sensor within a cluster, essential to save the energy within the network and then a multicriteria automatic generation of an optimal routing functionality. Specifically, an optimal path should have both a minimal length and go through nodes having maximal residual energy. The cited formal tools lean on a modelling approach based on communicating finite state machines (CFSM). The scientific challenges are generally related to the nature of the WSN as well as to its size. The DCS can only generates a monoblock controllers, while the WSN’s behavior is essentially distributed. The issue is how to distribute a global controller, who appears in the form of a logical constraint expressed on the global state of the network, into local controllers while adding the necessary synchronization to guarantee a distributed functioning equivalent to the initially generated controller