Academic literature on the topic 'Réseaux de capteurs (technologie) – Alimentation en énergie'

La quantité d'énergie disponible dans les batteries et le nombre limité de cycles de recharge compliquent singulièrement la conception de réseaux de capteurs sans fil (WSN) autonomes. La récupération d'énergie dans l'environnement direct des nœuds et un stockage d'énergie à base de supercondensateurs sont aujourd'hui considérés comme solutions potentielles pour atteindre une durée de vie du réseau théoriquement infinie. Un gestionnaire d'énergie (PM pour ''Power Manager'') est embarqué dans chaque nœud afin de permettre un fonctionnement en neutralité énergétique (ENO), ce qui veut dire que les énergies récupérées et consommées par un nœud sont équivalentes sur le long terme. Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux PMs qui adaptent dynamiquement l'intervalle de réveil des nœuds en fonction de l'énergie récupérée. La faible complexité de nos PMs, leur indépendance vis-à-vis du type de source d'énergie récupérée et leur faible empreinte mémoire facilitent leur implantation sur une plate-forme réelle de réseaux de capteurs sans fil. Par ailleurs, lorsque l'on considère un réseau multi-sauts, une variation trop fréquente de l'intervalle de réveil peut s'avérer pénalisante pour l'établissement de rendez-vous entre les nœuds et risque de fortement dégrader la qualité de services globale. Nous proposons donc un gestionnaire d'énergie (WVR-PM) qui limite autant que possible ces variations et qui permet d'améliorer le débit de près de 60% par rapport aux PMs de l'état de l'art tout en diminuant de 45% l'énergie consommée par une communication réussie
The limited energy and recharge cycles of batteries are crippling the design of autonomous Wireless Sensor Networks (WSNs). To overcome this issue, everlasting harvested energy and supercapacitor-based energy storage are considered as potential solutions to achieve a theoretically infinite lifetime. A Power Manager (PM) is embedded in each WSN node to respect the Energy Neutral Operation condition (ENO), which means harvested energy is equal to consumed energy for a long period. In this thesis, a set of PMs are proposed for energy harvesting WSN nodes to adapt their average consumed energy by changing the wake-up interval according to the available harvested energy. Our PMs are low complexity, independent of energy sources, small memory footprint and therefore, can be easily implemented on a real EH-WSN node. Another issue addressed in this thesis when considering a multi-hop EH-WSN is the effect of wake-up interval variations to the global QoS. Due to its low harvested energy, a relay node is impractical to synchronize with a transmitter if its wake-up interval regularly changes, therefore degrading the global QoS. A new power manager, named Wake-up Variation Reduction power manager (WVR-PM) is proposed to reduce the variations of the wake-up interval. By using WVR-PM, the throughput of a multi-hop EH-WSN can be improved up to 59% compare to state-of-the-art PMs while the average consumed energy for one successful communication is reduced by 45%

L'intérêt pour l'alimentation en énergie électrique des différents composants de l'infrastructure ferroviaire est devenu un sujet de recherche intéressant avec le gain de popularité des systèmes ferroviaires. Pour développer un système ferroviaire intelligent, fiable, et autonome, notamment avec l'essor de différentes technologies telles que les dispositifs de l'Internet des objets et les nœuds de capteurs sans fil , l'alimentation électrique est nécessaire pour que les dispositifs soient mis en œuvre de manière fiable et autonome. Les technologies de collecte d'énergie et de transfert d'énergie sans fil peuvent être un élément clé pour l'alimentation de ces dispositifs, afin de construire un système suffisant et pratique. Il a été démontré qu'un niveau élevé d'énergie électromagnétique existe jusqu'à la région des micro-ondes à fort potentielL'objectif de ce travail est de développer de nouveaux concepts basés sur les métasurfaces, afin d'améliorer le potentiel et la performance de la récolte d'énergie EM et des technologies WPT qui peuvent être compatibles avec l'application dans l'environnement ferroviaire. Le principal défi consiste à concevoir un dispositif efficace et compact, en particulier pour les basses fréquences MHz, où les systèmes rectenna être insuffisants.Nous proposons tout d'abord un nouveau concept pour améliorer l'efficacité des systèmes conventionnels EM ou des systèmes de rectenna commercialisés sur étagère. Ce concept est basé sur la focalisation des ondes EM ambiantes dans une zone où elles peuvent être captées par un système de rectenna. La conception d'une métasurface de focalisation basée sur le profil hyperboloïde de la loi de phase généralisée est proposée : l'énergie électromagnétique ambiante incidente dans le champ lointain est concentrée en un point appelé point focal à une distance donnée de la conception de la métasurface. La métasurface est simulée et des validations expérimentales en champ proche et en champ lointain sont proposées. Des mesures ont été effectuées dans la chambre anéchoïque pour valider le concept en utilisant un système de rectenna commercialisé et la conception de la métasurface de focalisation à 900 MHz. Les résultats ont montré que, lors de la mise en œuvre du système rectenna à côté de la métasurface de focalisation, la puissance reçue est améliorée d'un facteur 5. Des essais sur le terrain ont ensuite été réalisés : le système a été mis en œuvre dans l'environnement ferroviaire en présence d'une station de base GSM-R. Les résultats ont montré que, lorsque la métasurface est mise en œuvre à côté du dispositif à antenne rectangulaire, une puissance reçue de -20 dBm est obtenue, ce qui peut être suffisant pour réveiller des dispositifs à faible puissance d'entrée tels que des capteurs sans fil, que le dispositif à antenne rectangulaire seul a donné de mauvais résultats avec une puissance reçue d'environ -40 dBm.Une solution alternative pour l'alimentation électrique sans fil dans le système ferroviaire est le WPT. l'un des principaux défis pour ces technologies dans ce cas peut être la ligne de vue avec des problèmes de mobilité : un meilleur suivi et un angle de détection plus large du dispositif alimenté sont nécessaires. Dans ce cas, la conception de métasurfaces rétrodirectives multi-angles basée sur différents concepts tels que la mise en cascade de diverses conceptions de super-cellules métamatérielles et la modulation d'impédance de surface est proposée. Ces conceptions peuvent être mises en œuvre à côté du dispositif alimenté , afin d'améliorer la localisation et le suivi du dispositif alimenté au-delà des limites communes de la ligne de signal atteignant des angles d'incidence obliques extrêmes. D'autres solutions pour l'amélioration de l'efficacité et la miniaturisation des systèmes de récolte d'énergie EM basés sur des métasurfaces absorbantes sont proposées aux basses fréquences micro-ondes
The interest for electric energy power supply to different components in the railway infrastructure, has become an interesting research topic with the gain of popularity for railway systems. To develop a smart, reliable, safe and autonomous railway system, specially with the rise of different technologies such as Internet of things (IoT) devices and wireless sensor nodes (WSN), electric power supply is needed for such that devices are implemented in a reliable and autonomous manner. Energy harvesting and wireless power transfer (WPT) technologies can be a key element for power supply to such devices, to build a sufficient and convenient system. A high level of EM energy has been shown to exist up to the microwave region and which can have a high potential for EM energy harvesting.The aim of this work is to develop novel concepts based on metasurfaces, to enhance the potential and performance of EM energy harvesting and WPT technologies which can be compatible for the application in the railway environment. The main challenge is to design an efficient and compact device specially at low MHz frequencies where conventional rectenna systems can be insufficient.We first propose a novel concept to enhance the efficiency of EM conventional or off-the-shelf commercialized rectenna systems. It is based on the focusing of the ambient EM waves in an area where it can be harvested by a rectenna system. The design of focusing metasurface based on the hyperboloidal profile of the generalized phase law is proposed: the incident ambient EM energy in the far-field, is concentrated at a point known as the focal point at a given distance from the metasurface design. The metasurface designed is simulated and experimental validations in both near field and far field are proposed. Measurements have been carried in the anechoic chamber to validate the concept using a commercialized rectenna system and the focusing metasurface design at 900 MHz. The results have shown that, when implementing the rectenna system along side the focusing metasurface, the received power is enhanced by a factor of 5. Field tests were then conducted: the system was then implemented in the railway environment in the presence of a GSM-R base station, where the results have shown that, when implementing the metasurface along side the rectenna device, -20 dBm of received power was achieved which can be sufficent to wake up low-input-power devices such as wireless sensors, whereas the rectenna device (commercial energy harvester) alone showed poor results of received power around -40 dBm.An alternative solution for wireless electric power supply in the railway system is WPT. However, one of the main challenges for such technologies in this case can be line of sight with mobilty issues: better tracking and wider detection angle of the fed device is required. In this case, the design of multi-angle retrodirective metasurfaces based on different concepts such as cascading of various metamaterial super-cell designs, and surface impedance modulation are proposed. These designs can be implemented along side the fed device (IoT or WSN), in order to enhance the localization and tracking of the fed device beyond the common line-of-signt limitations reaching extreme oblique incident angles. Other solutions for efficiency enhancement and miniaturization for EM energy harvesting systems based on absorbing metasurfaces are proposed at low microwave frequencies

Les réseaux de capteurs sans fil sont constitués de noeuds capteurs, capables de récolter des données, de les analyser et de les transmettre. Ces réseaux ont plusieurs applications, en fonction de la zone où ils sont déployés. Application militaire ou de sauvetage dans des zones pouvant être inaccessibles aux humains ; application sanitaire avec des capteurs déployés sur et dans le corps humain ; application de surveillance avec des capteurs sur les voitures d'un ville, ou les arbres d'une forêt. Les noeuds sont autonomes en énergie et il est primordial d'assurer leur longévité sans retarder la récolte des données. La tache principale réalisée par les réseaux de capteurs sans fils consiste à effectuer des mesures et à envoyer ces données jusqu'à un noeud coordinateur. Cette tache d'agrégation est effectuée régulièrement, ce qui en fait la plus consommatrice d'énergie. L'étude approfondie de la consommation d'énergie des capteurs, qui au centre de ma thèse, peut se traduire de différentes manières. Premièrement, nous avons étudié la complexité du problème de l'agrégation de données en utilisant un modèle simplifié pour représenter un réseau de capteurs sans fils. Secondement, nous nous sommes concentrés sur l'estimation de cette durée de vie. Nous présentons WiSeBat, un modèle de batterie et de consommation d'énergie optimisé pour les réseaux de capteurs, implémenté dans le simulateur WSNET. Après validation, nous l'utilisons pour comparer les performances des algorithmes de broadcast efficaces en énergie
A wireless sensor network is an ad-hoc network connecting small devices equipped with sensors. Such networks are self-organized and independent of any infrastructure. The deployment of a WSN is possible in areas inaccessible to humans, or for applications with a long lifetime requirement. Indeed, devices in a wireless sensor network are usually battery-powered, tolerate failure, and may use their own communication protocols, allowing them to optimize the energy consumption. The main application of WSNs it to sense the environment at different locations and aggregate all the data to a specific node that logs it and can send alerts if necessary. This task of data aggregation is performed regularly, making it the most energy consuming. As reducing the energy consumed by sensor is the leading challenge to ensure sustainable applications, we tackle in this thesis the problem of aggregating efficiently the data of the network. Then, we study lifetime evaluation techniques and apply it to benchmark existing energy-centric protocols

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
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 real-time deadlines. Thus, there is a need to have an energy efficient and 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 a disastrous situation such at on fire. Based on the data forwarded by the installed sensor network, the first responders decide the rescue and first extinguishing strategy. There exists two class of network associated with the application. On 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 date 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 it orders 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 approaches are evaluated through simulations in Network Simulator NS-2

Les capteurs sans fil ont un avenir prometteur c’est pourquoi leur développement est àl’origine de nombreuses recherches. Leur autonomie reste cependant un problème à résoudre.Les travaux de cette thèse se concentrent précisément sur cette problématique : trouverune stratégie permettant aux capteurs d’être autonomes en énergie.L’énergie nécessaire à l’alimentation du capteur, quel que soit son mode de fonctionnement,doit en effet être récupérée de l’environnement dans lequel le capteur se trouve. Deplus, en cas d’absence ou d’insuffisance d’énergie environnante, le fonctionnement du capteurdoit pouvoir perdurer. À cela s’ajoute la nécessité de connaitre à tout instant la quantitéd’énergie disponible afin de pouvoir maintenir un niveau de charge constant et ainsi prolongerla vie du capteur. Enfin, toute cette gestion de l’énergie doit pouvoir garantir le meilleurrendement possible.Cette étude a conduit à la conception et au test d’un circuit en technologie CMOS 90nm.Ce même circuit a été intégré dans les capteurs sans fil d’un réseau en cours de développement.Et enfin, une méthode permettant de connaitre le niveau d’énergie embarquée a étémise au point et pourra permettre à l’avenir la conception d’un nouveau circuit de power managementpour capteurs autonomes en énergie
Wireless sensors have a bright future so their development is causing a lot of research.However, their autonomy is still an issue.This work focuses on this problem : find a strategy for the sensors to be autonomous.The energy required to power the sensor, whatever its working mode, must indeed be harvestedfrom the environment wherein the sensor is located. Moreover, in case of absence ora lack of available energy, the sensor has to keep working. Additionnaly the state-of-chargehas to be known in real time in order to extend the sensor lifetime. Finally, the energy managementhas to give the highest efficiency.This study led to the design and the test of a circuit in CMOS 90nm technology. Thiscircuit was integrated in wireless sensors for networks under development. Finally, a methodto estimate the level of energy in the sensor has been developed and will allow to design anew circuit of power management for wireless sensor network

L'amélioration de l'autonomie énergétique des systèmes communicants constitue aujourd'hui une des préoccupations majeures pour leur déploiement massif dans notre environnement. On souhaite rendre complètement autonome ces dispositifs électroniques (on pense entre autres aux capteurs et réseaux de capteurs) en s'affranchissant des sources d'énergie embarquées qui nécessitent des opérations de remplacement ou de recharge périodiques. Parmi les sources d'énergie disponibles qui peuvent être exploitées, on trouve les ondes électromagnétiques. Le dispositif qui permet de capter cette énergie et la convertir en puissance continue utile est dénommé Rectenna (Rectifying antenna) qui associe une antenne de captation à un circuit de rectification à base de diodes. Les rectennae ont fait l'objet d'un nombre important de communications dans la littérature ces dernières années avec pour fil conducteur, la recherche de performances optimales compte tenu de l'atténuation des ondes électromagnétiques et des faibles niveaux de champ récupérés. C'est dans ce contexte que s'est déroulé ce travail de thèse dont le financement a été assuré par un contrat ANR (REC-EM).Dans ce travail, on s'est attaché à développer, à concevoir et à caractériser expérimentalement des structures planaires qui présentent des propriétés intéressantes :- En terme de polarisations orthogonales, ceci de façon à s'affranchir de l'orientation arbitraire de l'onde incidente à la rectenna. Une rectenna à double polarisation circulaire à 2.45 GHz et à double accès sera réalisée pour, de plus, s'affranchir de la perte de 3 dB lorsque l'onde récupérée est à polarisation linéaire à orientation arbitraire.- En termes de résonances multiples, ceci pour augmenter le niveau de puissance récupérée par l'antenne et optimiser la puissance continue convertie. Une rectenna à double fréquence (1.8 et 2.45 GHz) et à accès unique sera conçue ainsi qu'une rectenna constituée d'un réseau de deux antennes double fréquence.- En terme de réduction de taille en s'affranchissant de l'utilisation du filtre HF entre l'antenne et le circuit de conversion ceci pour l'ensemble des structures rectennae développées dans ce travail. Dans tous les cas, il sera nécessaire de développer le circuit de rectification le plus adapté à la topologie de l'antenne de captation et évaluer la technique de recombinaison optimale coté DC pour s'affranchir au mieux des déséquilibres qui peuvent apparaître entre les voies d'accès de l'antenne. Pour contenir les dimensions de la structure globale, des circuits mono diode seront dimensionnés et réalisés pour chacune des structures. Enfin, on exploitera l'antenne à double polarisation circulaire double accès, dont on cherchera à diminuer les dimensions, pour alimenter un capteur de température à affichage LCD. Pour augmenter le niveau de tension nécessaire au fonctionnement du capteur, nous associerons entre la rectenna et le capteur un convertisseur DC-DC. Il s'agit, dans ce cas, d'un dispositif de gestion d'énergie adapté pour les faibles puissances. Deux convertisseurs seront employés dont celui développé par les laboratoires Ampère de l'Ecole Centrale de Lyon et SATIE à l'ENS Cachan. Ce convertisseur a fait l'objet d'une thèse également financée par l'ANR dans le cadre de ce contrat REC-EM
Improving energy autonomy of communication systems constitutes one of the major concerns for their massive deployment in our environment. We want to make these electronic devices (sensors and sensor networks) completely autonomous, avoiding the embedded energy sources that require replacement operations or periodic charging. Among the available energy sources that can be harvested, there are electromagnetic waves. The device that can capture this energy and convert it into useful DC power is called Rectenna (Rectifying antenna), combining antenna with diode-based rectifier. In recent few years, rectennas have reached a significant number of papers in the literature. The main challenge consists in improving performances in term of efficiency, in an attempt to overcome the electromagnetic wave attenuation and the low available field level. According to this context, this PhD work supported by the ANR project REC-EM has taken place. In this study, we have developed, designed and characterized planar structures that have interesting properties:- In term of orthogonal polarizations, so energy harvesting becomes feasable regardless the arbitrary orientation of the incident wave on the rectenna. A dual-circularly polarized rectenna at 2.45 GHz with dual-access will be set up to overcome the 3 dB power loss in the case of linearly-polarized incident wave with unknown orientation.- In term of multiple resonances, so the amount of total RF power collected by the antenna can be increased and consequently the converted DC power level can also be improved. A dual-frequency rectenna (1.8 and 2.45 GHz) with single access will be designed, as well as a rectenna based upon a dual-frequency antenna array.- In term of size compactness by avoiding the use of the HF filter between the antenna and the rectifier for all developed rectenna structures during this work. In all cases, it will be necessary to define the most suitable rectifier topology to each antenna and select, if it is appropriated, the optimum DC recombination technique to overcome the effects of RF power imbalance that may occur between the different antenna accesses. Besides, single-diode circuits will be designed and fulfilled for each structure. Finally, we will miniaturize the dual-circularly polarized dual-access antenna, and exploit it to power a LCD display temperature sensor. To enhance the DC voltage level required to activate the sensor, a DC-DC converter is inserted between the rectenna and the sensor. Such energy management device should be able to operate under low delivered DC power. Two converters will be used. The first one is developed by Ampere Lab at Ecole Centrale de Lyon and SATIE Lab at ENS Cachan. This converter was the subject of another dissertation also supported by the ANR under the REC-EM project

Un réseau de capteur sans fil est un ensemble de noeuds communicants, généralement miniatures et capables de fonctionner avec peu d'énergie. Certaines applications imposent à ces réseaux de capteurs sans fil d'être économes en énergie pour prolonger la durée de vie du réseau, d'autres nécessitent un comportement déterministe qui se traduit généralement par des délais de traversée du réseau bornés et/ou un taux de trames perdues inférieur à un seuil critique. Pour économiser significativement de l'énergie, une entité doit se mettre en mode sommeil. Durant cette période, elle sera inactive donc incapable de participer à l'ativité du réseau. L'usage de périodes de sommeil est un handicap pour l'aspect déterministe et pour le respect de contraintes temporelles. Le travail de cette thèse est centré sur les spécifications, le dévelopement et l'évaluation sous différentes formes d'une méthode d'accès au medium adaptée au déterminisme et aux exigences de qualité de service telles que l'absence de collisions et la garantie d'un délai borné de bout-en-bout, tout en conservant une faible consommation énergétique. La solution proposée repose sur la segmentation temporelle des activités, une synchronisation multi-sauts et une différentiation de services basée sur des stratégies de routage adaptées.

Un Réseau de Capteurs Sans Fil (RCSF) est composé d’un ensemble de noeuds alimentés par batterie, associant des capteurs à une unité de traitement et à un émetteur-récepteur sans fil. De nos jours, les RCSF font l’objet de nombreux travaux de recherche et développement. En effet, ces réseaux constituent une solution intéressante afin d’apporter une réponse à différents enjeux sociaux, sociétaux et économiques tels que le déploiement des Smart Grids ou la supervision à distance de la santé de personnes dans un contexte de vieillissement de la population. Ces RCSF ont la capacité d'être déployé dans des environnements contraints, tels que les forêts, les volcans et les bâtiments, pour atteindre divers objectifs : la localisation d’objets et d’individus mais aussi la surveillance de phénomènes physiques, comme les signaux physiologiques de patients ou la température ambiante d’un bâtiment.Cependant, le déploiement de ces RCSF est souvent rendu critique en raison des contraintes imposées par l'environnement d’application, par exemple, les températures pouvant être subies lors de la supervision d’un volcan, ou la difficulté d’accès aux noeuds lorsque ceux-ci sont utilisés pour la surveillance de l'état structurel d'une autoroute ou d'un bâtiment. Par conséquent, les chercheurs et développeurs de ce type de réseau ont besoin d'outils pour tester et évaluer, dans le cadre du processus de conception d'un RCSF, les performances des noeuds et du réseau avant de le déployer dans un environnement réel.Dans ce contexte, les outils de simulation peuvent apporter une solution permettant un gain de temps, une limitation des coûts et des efforts avant le déploiement d’un tel réseau dans son environnement d’utilisation. Ces outils sont donc aujourd’hui largement répandus et utilisés pour évaluer les performances d’un RCSF mais aussi les propositions issues de travaux de recherche relatifs à ce type de réseau. Néanmoins, la conception d'un RCSF, dédié à une application, doit tenir compte de sa structure multi-niveau : topologie, noeuds et circuits. Ainsi, pour aborder les principaux défis liés au RCSF, tels que la problématique d’autonomie énergétique des noeuds, la modélisation de ces réseaux est considérée comme une tâche complexe car l'approche de modélisation utilisée doit considérer sa structure multi-niveau afin de fournir des résultats exploitables provenant simultanément de niveaux d’abstraction différents.Dans cette thèse, nous définissons, proposons et implémentons un modèle trans-niveaux orienté énergie dédié au RCSF permettant de considérer simultanément différents niveaux d'abstraction : topologie, noeuds et circuits. Ce modèle est capable de tracer la consommation énergétique à partir de différents points de vue : l'activité spécifique d'un circuit, les activités d'un circuit ou d'un noeud, ainsi que son impact sur la durée de vie du RCSF. Notre modèle est ensuite implémenté dans un simulateur de RCSF dédié afin, en considérant différents scénarios, de comparer les résultats obtenus avec un simulateur existant et des noeuds réels dans le but de valider la pertinence de notre approche
Wireless Sensor Network (WSN) is a set of battery-powered nodes that include sensors coupled with processing units and wireless transceivers. Nowadays, WSN is a major topic in the research and development domain. Indeed, it constitutes an interesting solution to give an answer to different situations related to social, societal and economic issues such as the need to manage the Smart Grids or to supervise patient’s health in the context of the aging population. This kind of network has the capacity to be simply deployed in harsh environments, such as forests, volcanoes and buildings, to achieve various goals, like tracking targets, animals or human beings for example, or monitoring physical phenomena, such as patient physiological signals or ambient temperature in a building.However, the deployment of WSNs can be critical because of the difficult conditions imposed by the application environment, for example, the high temperatures in the case of volcano activity supervision, or the impossibility of reaching the nodes after deployment, when the WSN must be used to structural health monitoring of a highway or a building. Therefore, researchers and developers need tools to test and evaluate, in the design process of a WSN, node and network performances before deploying it in real surroundings.In this context, simulation can provide a solution that can save time, cost, and effort before deploying a WSN application in its real environment. This explains that simulation tools are widely used in WSN designing stages and for research works evaluation related to this kind of network. Nevertheless, designing a WSN, dedicated to a specific application, needs to address its multilevel structure: topology, nodes and circuits. Thus, to handle the main challenges of WSN design such as energy issues, WSN modelling is considered a complex task because the adopted modelling approach has to take into account the WSN multilevel structure in order to provide exploitable results from different points of view at the same time.In this thesis, we define, propose and implement a cross-level energy-aware model for WSN that allows considering different levels of abstraction at the same time: circuits, nodes and topology. This energy-oriented model is able to trace the energy consumption from multiple points of view: a specific circuit's activity, circuit or node activities, as well as the impact on the WSN lifetime. The proposed model is implemented in a dedicated WSN simulator, which is used, defining different scenarios, to compare obtained results with a well-known simulator and physical WSN nodes with the aim to validate the relevance of our approach

Les réseaux de capteurs sans fil sont constitués de nœuds de petite taille équipée d’une unité de calcul, de capteurs et d’une unité de communication sans fil qui rend possible la communication entre les nœuds. La consommation d’énergie est en général le paramètre à optimiser à tous les niveaux de la conception d’un nœud de réseau de capteurs sans fil car ces dispositifs sont généralement alimentés par des batteries de petite taille. Pour prolonger l’autonomie d’un nœud, il est nécessaire d’utiliser un système permettant de récupérer une partie de l’énergie disponible dans l’environnement. L’objectif de cette thèse est de proposer un environnement de simulation et une bibliothèque de modèles pour l’analyse de nœuds d’un réseau de capteurs avec récupération d’énergie, avec une attention particulière pour les politiques de gestion de la consommation d’énergie
Wireless Sensor Networks are composed of nodes equipped with a computational unit, sensors and a radio transceiver. Energy consumption is a major challenge in the WSN domain, and energy efficient solutions are required because the nodes carry a limited amount of power. Energy harvesting technologies can be used to scavenge energy from the environment, thus prolonging the lifespan of a WSN node. The goal of this thesis is on power management techniques

Comme le firent Internet et les communications sans fil il y a de cela quelques décennies, l'avènement des réseaux de capteurs s'apprête à révolutionner notre mode de vie. Mais avant de voir ces réseaux atteindre un degré de démocratisation identique à celui des téléphones portables par exemple, un certain nombre de problématiques doit être résolu. Aux contraintes traditionnelles des réseaux ad hoc s'ajoutent les limites très strictes liées aux caractéristiques matérielles des capteurs telles que la puissance de calcul, la mémoire et surtout l'alimentation en énergie, rendant les algorithmes existants inadaptés. Cette thèse aborde deux problématiques : celle de la localisation et celle du routage. Concernant la localisation, une famille de trois méthodes est proposée pour estimer les positions des capteurs en y associant des bornes d'erreur, à partir de localisations exactes connues pour certains d'entre eux et en fonction de leurs capacités de mesures. Cette famille est ensuite étendue aux réseaux de capteurs mobiles. Vient alors le problème du routage permettant l'acheminement d'un message d'un capteur vers une station de base lorsqu'il détecte un événement. Les stratégies de routage dit géographique s'appuient sur les positions des capteurs qui sont considérées comme exactes. Or, dans la pratique, ces positions sont rarement précises. Cette thèse propose deux algorithmes de routage destinés respectivement aux réseaux de capteurs statiques et mobiles en considérant des positions estimées, rendant ainsi ces méthodes compatibles avec les algorithmes de localisation.