Dissertations / Theses: 'Réseaux de capteurs (technologie) – Applications industrielles'

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Kherdali, Khalil el. "Etude, conception et réalisation d'un radar ultrasonore." Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20122.

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Abstract:

Le travail presente dans ce memoire a pour but l'etude, la conception et la realisation d'un radar ultrasonore. Son principe est base sur celui des reseaux ultrasonores, que nous avons developpe en utilisant un modele simple pour simuler le fonctionnement d'un des emetteurs. Un reseau lineaire constitue de 16 emetteurs tangents, nous a permis de repondre a certaines specifications du radar grande portee (10m), resolution laterale fine de quelques degres. Le radar ainsi constitue possede cependant un faible champ de vision 8. L'utilisation d'une ponderation en amplitude a l'emission, qui a pour effet principal d'eliminer pratiquement l'influence des lobes secondaires nous a permis d'accroitre ce champ de vision a 14. Cette valeur reste cependant relativement faible en l'absence du balayage mecanique. Nous avons finalement resolu ce probleme en disposant les 16 emetteurs sur le bord d'une couronne de rayon adequat. Le champ pratique de vision obtenu a alors ete de 40 par rapport a la bissectrice de la couronne utilisee et differents obstacles de formes et matieres diverses ont pu etre parfaitement reperes par notre systeme. En conclusion nous avons realise un radar ultrasonore de grande portee de resolution laterale voisine de 2 et possedant un large champ de vision (80). Il est de faible cout, il utilise des emetteurs courants et peut servir au guidage des robots mobiles

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Soua, Ridha. "Wireless sensor networks in industrial environment : energy efficiency, delay and scalability." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066029.

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Abstract:

Certaines applications industrielles nécessitent des délais de collecte déterministes et bornés, nous nous concentrons sur l'allocation conjointe de slots temporels et de canaux sans conflit qui minimisent la durée de collecte. Cette allocation permet aux noeuds de dormir dans n'importe quel slot où ils ne sont pas impliqués dans des transmissions. Nous calculons le nombre minimal de slots temporels nécessaire pour compléter la collecte de données brute pour un puits équipé de plusieurs interfaces radio et des demandes de trafic hétérogènes. Nous donnons également des ordonnancements optimaux qui permettent d'atteindre ces bornes optimales. Nous proposons ensuite MODESA, un algorithme centralisé d'allocation conjointe de slots et de canaux. Nous montrons l'optimalité de MODESA dans des topologies particulières. Par les simulations, nous montrons que MODESA surpasse TMCP , un ordonnancement centralisé à base de sous-arbre. Nous améliorons MODESA avec différentes stratégies d'allocation de canaux. En outre , nous montrons que le recours à un routage multi-chemins réduit le délai de collecte.Néanmoins, l'allocation conjointe de slot et de canaux doit être capable de s'adapter aux changements des demandes des noeuds (des alarmes, des demandes de trafic supplémentaires temporaires). Nous proposons AMSA , une solution d'assignation conjointe de slots et de canaux basée sur une technique incrémentale. Pour aborder la question du passage à l'échelle, nous proposons, WAVE , une solution d'allocation conjointe de slots et de canaux qui fonctionne en mode centralisé ou distribué. Nous montrons l'équivalence des ordonnancements fournis par les deux modes
Some industrial applications require deterministic and bounded gathering delays. We focus on the joint time slots and channel assignment that minimizes the time of data collection and provides conflict-free schedules. This assignment allows nodes to sleep in any slot where they are not involved in transmissions. Hence, these schedules save the energy budjet of sensors. We calculate the minimum number of time slots needed to complete raw data convergecast for a sink equipped with multiple radio interfaces and heterogeneous nodes traffic. We also give optimal schedules that achieve the optimal bounds. We then propose MODESA, a centralized joint slots and channels assignment algorithm. We prove the optimality of MODESA in specific topologies. Through simulations, we show that MODESA is better than TMCP, a centralized subtree based scheduling algorithm. We improve MODESA with different strategies for channels allocation. In addition, we show that the use of a multi-path routing reduces the time of data collection .Nevertheless, the joint time slot and channels assignment must be able to adapt to changing traffic demands of the nodes (alarms, additional requests for temporary traffic) . We propose AMSA , an adaptive joint time slots and channel assignment based on incremental technical solution. To address the issue of scalability, we propose, WAVE, a distributed scheduling algorithm for convergecat that operates in centralized or distributed mode. We show the equivalence of schedules provided by the two modes

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Katcharov, Nicolas. "Capteurs et réseaux de capteurs à fibres optiques pour applications gazières." Limoges, 1994. http://www.theses.fr/1994LIMO0018.

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Abstract:

Les reseaux de capteurs a fibre optique sont particulierement avantageux pour des applications dans des milieux explosifs tels que les sites de production et de stockage et les installations de transport gaziers et petroliers. Jusqu'a present, la detection de gaz par voie optique est dans la majorite des cas realisee par spectroscopie d'absorption. Les capteurs extrinseques utilisant cette technique presentent des pertes d'insertion importantes, ce qui limite leur utilisation sur des grandes distances. Cette these etudie une autre technique utilisant un polymere specifique dont l'indice de refraction varie en presence de gaz hydrocarbures. La gaine optique de la fibre est remplacee par ce polymere. Les capteurs intrinseques comportant un miroir fibre ou un reseau de bragg faiblement reflectif sont interroges par reflectometre optique temporel (otdr). Le rapport contient des simulations numeriques, des details sur la fabrication et des resultats experimentaux concernant le comportement des capteurs et du reseau de capteurs ainsi realises

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Maréchal, Nicolas. "Consensus de moyenne dans les réseaux de capteurs : applications et optimisation." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0078/these.pdf.

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Abstract:

En fonction de leur application, les réseaux ad hoc de capteurs peuvent être composés d’un nombre plus ou moins important de nœuds avec des contraintes sur leur taille, coûts, consommation énergétique et par corollaire sur tout un ensemble d’autres paramètres. Ces contraintes caractéristiques se traduisent par le besoin d’une utilisation de méthodes distribuées d’auto-organisation et de traitement des données. En particulier, la classe des algorithmes de consensus de moyenne (ACM) initialement conçue pour le calcul de la valeur moyenne d’un jeu de paramètres distribués, est une brique de base amenée à jouer un rôle important pour des protocoles/algorithmes applicatifs complexes. L’objectif de cette thèse est de fournir des éléments d’amélioration et d’application de cette catégorie d’algorithme. La thèse s’est focalisée dans un premier temps sur des méthodes de caractérisation et d’optimisation des ACM de l’état de l’art. Dans un second temps, deux nouveaux algorithmes sont proposés afin de réduire le coût énergétique. Le premier se place dans un cadre d’estimation et vise à prendre en compte de nouvelles informations plus rapidement. Le second permet d’utiliser la nature diffusante du canal radio et présente l’avantage de ne pas nécessiter de mécanismes contrôle (acquittements). Enfin, des applications à la synchronisation fine d’horloge (couche physique) et à la cartographie paramétrique (couche application) sont décrites et apportent une concrétisation du besoin
Depending on their applications, sensor networks may be composed of a varying number of nodes having severe constraints on their size, cost, energetic consumption, and as a consequence on a large set of related parameters. These characteristics involve the need of distributed methods for organization and data processing. In particular, the class of average consensus algorithms (ACA), initially designed for computing the empirical mean of a set of input parameters, is a building block which is about to play an important role for complex applicative algorithms/protocols. The goal of this thesis is to provide elements for improving this category of algorithms, and validating them on some applications. In a first time, it focuses on characterization and optimization methods applied to ACA from the state of the art. Then, two new algorithms are proposed in order to reduce the energetic cost. The first one takes place in an estimation framework and aims at taking quickly account of fresh information. The second algorithm focuses on reducing the communication cost by exploiting the diffusive nature of wireless communications and requiring no transmission control mechanism (such as acknowledgements or synchronization). To finish with, applications to fine synchronization of clocks (physical layer) and to parametric cartography (application layer) are given

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Yang, Yi. "Les applications de la théorie des graphes dans des réseaux de télécommunication et des réseaux de capteurs sans fil." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112218.

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Ferraz, Eduardo. "Topologie algébrique de complexes simpliciaux aléatoires et applications aux réseaux de capteurs." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2012. http://www.theses.fr/2012ENST0006.

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Abstract:

Cette thèse est composée de deux parties. La première partie utilise l’analyse stochastique pour fournir des bornes pour la probabilité de surcharge de diﬀérents systèmes grâce aux inégalités de concentration. Bien qu’ils soient généraux, nous appliquons ces résultats à des réseaux sans-ﬁl réels tels que le WiMax et le trafﬁc utilisateur multi-classe dans un système OFDMA. Dans la seconde partie, nous trouvons des liens entre la topologie de la couverture dans un réseau de capteur et celle du complexe simplicial correspondant. Cette analogie met en valeur de nouvelles facettes des certains objets mathématiques comme les nombres de Betti, le nombre de k-simplexes, et la caractéristique d’Euler. Puis, nous utilisons conjointement la topologie algébrique et l’analyse stochastique, en considérant que les positions des capteurs sont une réalisation d’un processus ponctuel de Poisson. Nous en déduisons les statistiques du nombre de k-simplexe et de la caractéristique d’Euler, ainsi que des bornes supérieures pour la distribution des nombres de Betti, le tout en d dimen- sions. Nous démontrons aussi que le nombre de k-simplexes converge vers une distribution Gaussienne quand la densité de capteurs tend vers l’inﬁni à une vitesse de convergence connue. Enﬁn, nous nous limitons au cas unidimensionnel. Dans ce cas, le problème devient équivalent à résoudre une ﬁle M/M/1/1 préemptive. Nous obtenons ainsi des résultats analytiques pour des quantités telles que la distribution du nombre de composantes connexes et la probabilité de couverture totale
This thesis has two main parts. Part I uses stochastic anlysis to provide bounds for the overload probability of diﬀerent systems thanks to concentration inequalities. Although the results are general, we apply them to real wireless network systems such as WiMax and mutliclass user traﬃc in an OFDMA system. In part I I, we ﬁnd more connections between the topology of the coverage of a sensor network and the topology of its corresponding simplicial complex. These connections highlight new aspects of Betti numbers, the number of k-simplices, and Euler characteristic. Then, we use algebraic topology in conjunction with stochastic analysis, after assuming that the positions of the sensors are points of a Point point process. As a consequence we obtain, in d dimensions, the statistics of the number of k-simplices and of Euler characteristic, as well as upper bounds for the distribution of Betti numbers. We also prove that the number of k-simplices tends to a Gaussian distribution as the density of sensors grows, and we specify the convergence rate. Finally, we restrict ourselves to one dimension. In this case, the problem becomes equivalent to solving a M/M/1/1 preemptive queue. We obtain analytical results for quantites such as the distribution of the number of connected components and the probability of complete coverage

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Sagot, Tessier Virginie. "Contribution à l'étude et à la réalisation d'antennes-capteurs destinées à la mesure de température par radiométrie microonde en vue de nouvelles applications industrielles et médicales." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10170.

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Abstract:

La mesure par radiometrie microonde de la temperature d'un corps dissipatif donne une mesure volumique, non invasive et non destructive. L'etude porte sur la caracterisation des systemes de mesure (radiometre - capteur), sur la conception d'antennes-capteurs specifiques et sur la reconstruction de profils thermiques. Deux applications sont abordees. Nous rappelons le principe de fonctionnement des radiometres a une reference interne de temperature et a deux references internes de temperature. Une caracterisation approfondie de ce dernier est presentee. Des mesures de temperature, avec et sans contact, de milieux faiblement et fortement emissifs ont permis d'estimer la sensibilite du systeme et les fluctuations de la temperature radiometrique. Un procede simple de prise en compte d'un cable supplementaire est propose. La deuxieme partie porte sur une etude de faisabilite du controle de la temperature interne des nouveau-nes places en incubateur. Apres la conception de capteurs preliminaires, trois capteurs specifiques ont ete developpes et testes sur milieu fantome en laboratoire. Quelques essais en incubateur, sur milieu fantome, ont permis de completer ce travail. Il est maintenant envisage de tester les capteurs en situation reelle. La troisieme partie porte sur la determination de la temperature au sein d'un ecoulement de polymeres en phase d'extrusion. Un capteur optimise associe a un radiometre de premiere generation a ete developpe et teste en site industriel, sur extrudeuse. Un logiciel base sur un modele unidimensionnel, a ete developpe et a permis de reconstruire le profil thermique au sein du polymere. Le capteur et le nouveau radiometre ont ete testes en laboratoire et les resultats mettent en evidence l'interet de l'utilisation de ce systeme. Les performances du nouveau radiometre associe a un capteur adequat permettent actuellement de repondre efficacement a de nombreux problemes de controle de temperature, tant dans le domaine medical qu'industriel.

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Gomez, Laurent. "Intégration sécurisée et fiable des réseaux de capteurs sans fil dans des applications d'entreprise." Nice, 2011. http://www.theses.fr/2011NICE4129.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs sans fil apparaissent comme une des technologies majeures du 21éme siècle. Auto-organisés, ces appareillages à faible coût, et de faible capacité, permettent l'acquisition, le traitement, le routage et la dissémination de données contextuelles (e. G. , température ambiante, humidité, accélération) à des applications tierces. Ces capteurs supportent ainsi un déploiement sur le terrain de manière aléatoire et dense. Equipés de ces capacités de surveillance d'environnements physiques, les réseaux de capteurs sans fil sont très profitables aux applications industrielles, et ce dans de nombreux domaines métiers (e. G. , militaire, santé, agriculture). Ils confèrent aux applicatifs une aide précieuse pour leur optimisation fonctionnelle, mais également dans la prise de décision pour l'utilisateur final. De ce fait, les réseaux de capteurs sont un excellent médiateur entre le monde physique et le monde informatique. Cependant, et malgré l'intérêt croissant des industriels, il existe encore un fossé technique entre ces deux mondes. Dans cette thèse, nous tendons a combler ce fossé par une intégration sécurisée et fiable des réseaux de capteurs sans fil dans des applications industrielles. Or cette intégration soulève de nombreux défi s techniques et de sécurité. Ainsi, nous mettons en oeuvre une couche de médiation logicielle entre les réseaux de capteurs et les applicatifs. Notre objectif ici est de répondre aux attentes techniques concernant le traitement et la persistance de l'information. De plus, nous proposons un mécanisme de contrôle d'accès pour les données des capteurs. En fin nous enrichissons notre couche de médiation d'un mécanisme d'évaluation de confiance des informations en provenance des capteurs, de leur production jusqu'à leur réception par les applications tierces
Sensor networks appear to be one of the technologies of the 21st century. Empowered with short wireless communication capabilities, wireless sensor networks (WSNs) leverage traditional sensor networks by enabling random and dense deployment of smart and low-resource devices in different physical areas (e. G. Battle field, body). Self-organized, wireless network are composed of low-cost, low-power and heterogeneous sensor devices, which are capable of sensing, processing, routing and disseminating data towards special sensor nodes so-called sinks or gateways. Empowered with monitoring capabilities, WSNs are highly pro table for applications from different domains (e. G. Defense, healthcare, traffic control). To that respect, WSNs raise the awareness of business applications. Therefore, WSNs support them in their functional optimization and in the reduction of response time in decision making. Nevertheless, and despite of the interest of industrials, there is still a technical and security gap between business applications and WSN systems. The main contribution of this thesis lies in the integration of wireless sensor networks into business applications in a secure and trusted way. Hence the use of sensor data within business application comes along with strong security and trust requirements from industrials. In order to full technical requirements, we design a mediation layer between WSNs and business applications underlying mechanisms for acquisition, processing, persistence and delivery of sensor data. We enrich our mediation layers with two security and trust mechanisms tting resource restrictions on nodes. We propose a security mechanism for efficient access control to sensor data, and a trust mechanisms for the assessment of sensor data from their production on the nodes, to their delivery to business applications

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Randrianarisaina, Aina Andriamampianina. "Modélisation de la consommation d'énergie en vue de la conception conjointe (matériel/logiciel) des applications embarquées : application aux réseaux de capteurs sans fil (WSN)." Nantes, 2015. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=104e8d62-82c6-45b8-ae60-aea7ebbe171d.

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Abstract:

Dans le domaine des systèmes embarqués, les contraintes sont souvent liées à l’encombrement du dispositif et à l’énergie consommée par celui-ci. Les applications embarquées sont de plus en plus sensibles à la consommation d’énergie. De celle-ci dépend bien sûr l’autonomie de l’application, mais aussi les performances que l’on peut en attendre. Dès lors, la conception sous contraintes de consommation de systèmes embarqués représente un enjeu essentiel, et la prise en compte des contraintes de consommation d’énergie doit intervenir dès les premières étapes de spécification et de conception d’un produit. Les travaux de cette thèse se placent dans le domaine des réseaux de capteurs, pour lesquels il est nécessaire de définir des stratégies innovantes de conception afin de respecter les contraintes d’embarquabilité. Notre objectif est de contribuer à la définition de modèles et de méthodes pour l’aide à la conception des architectures logicielles et matérielles de systèmes embarqués en tenant compte de contraintes de consommation d’énergie. Les modèles proposés serviront à la simulation mais aussi au dimensionnement des architectures des systèmes
In the field of embedded systems, constraints are often related to the size and energy. Embedded applications are becoming more sensitive to energy consumption. In fact, this latter depends on the autonomy of the application, but also its performances. One must take into account the constraints of energy consumption in the early stages of the specification and the design of a product. Therefore, the design of embedded systems constrained consumption is a key issue facing the need to control energy costs. For example, in the field of sensor networks, this aspect is a major constraint for which it is necessary to define innovative design strategies touching on all aspects involved in these systems. Our goal is to contribute to the definition of models and hardware and software architectures design methods of embedded systems, taking into account the constraints of energy consumption. The proposed models will be used for simulation but also to the design of systems architectures

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Ferraz, Eduardo. "Topologie algébrique de complexes simpliciaux aléatoires et applications aux réseaux de capteurs." Thesis, Paris, ENST, 2012. http://www.theses.fr/2012ENST0006/document.

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Abstract:

Cette thèse est composée de deux parties. La première partie utilise l’analyse stochastique pour fournir des bornes pour la probabilité de surcharge de diﬀérents systèmes grâce aux inégalités de concentration. Bien qu’ils soient généraux, nous appliquons ces résultats à des réseaux sans-ﬁl réels tels que le WiMax et le trafﬁc utilisateur multi-classe dans un système OFDMA. Dans la seconde partie, nous trouvons des liens entre la topologie de la couverture dans un réseau de capteur et celle du complexe simplicial correspondant. Cette analogie met en valeur de nouvelles facettes des certains objets mathématiques comme les nombres de Betti, le nombre de k-simplexes, et la caractéristique d’Euler. Puis, nous utilisons conjointement la topologie algébrique et l’analyse stochastique, en considérant que les positions des capteurs sont une réalisation d’un processus ponctuel de Poisson. Nous en déduisons les statistiques du nombre de k-simplexe et de la caractéristique d’Euler, ainsi que des bornes supérieures pour la distribution des nombres de Betti, le tout en d dimen- sions. Nous démontrons aussi que le nombre de k-simplexes converge vers une distribution Gaussienne quand la densité de capteurs tend vers l’inﬁni à une vitesse de convergence connue. Enﬁn, nous nous limitons au cas unidimensionnel. Dans ce cas, le problème devient équivalent à résoudre une ﬁle M/M/1/1 préemptive. Nous obtenons ainsi des résultats analytiques pour des quantités telles que la distribution du nombre de composantes connexes et la probabilité de couverture totale
This thesis has two main parts. Part I uses stochastic anlysis to provide bounds for the overload probability of diﬀerent systems thanks to concentration inequalities. Although the results are general, we apply them to real wireless network systems such as WiMax and mutliclass user traﬃc in an OFDMA system. In part I I, we ﬁnd more connections between the topology of the coverage of a sensor network and the topology of its corresponding simplicial complex. These connections highlight new aspects of Betti numbers, the number of k-simplices, and Euler characteristic. Then, we use algebraic topology in conjunction with stochastic analysis, after assuming that the positions of the sensors are points of a Point point process. As a consequence we obtain, in d dimensions, the statistics of the number of k-simplices and of Euler characteristic, as well as upper bounds for the distribution of Betti numbers. We also prove that the number of k-simplices tends to a Gaussian distribution as the density of sensors grows, and we specify the convergence rate. Finally, we restrict ourselves to one dimension. In this case, the problem becomes equivalent to solving a M/M/1/1 preemptive queue. We obtain analytical results for quantites such as the distribution of the number of connected components and the probability of complete coverage

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Aissani, Mohamed. "Optimisation du routage dans les réseaux de capteurs pour les applications temps-réel." Electronic Thesis or Diss., Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1001.

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Abstract:

La résolution du problème des vides dans le routage géographique dédié aux réseaux de capteurs sans fil (RCS), rencontrés lors de la remontée des informations vers les nœuds collecteurs à partir des nœuds du réseau, constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Cette thèse, contrairement aux méthodes traditionnelles, propose une nouvelle approche pour la prise en charge de ces vides tout en optimisant l'efficacité énergétique des nœuds déployés dans un RCS faisant ainsi du routage proposé une solution adéquate pour l'acheminement des informations en temps réel. Celui-ci se base sur l'information géographique concernant le nœud courant, les vides voisins et le nœud destinataire du paquet. Notre proposition agit aussi sur des mécanismes assurant la découverte, l'annonce et la maintenance des vides d'un RCS. Le premier protocole proposé, appelé VT-SPEED, est construit sur la base d'une fonction évolutive intégrant un mécanisme d'évitement adaptatif des vides et considérant simultanément la charge des nœuds candidats au routage et leur information géographique de localisation. Afin d'optimiser l'efficacité énergétique de VT-SPEED, notre proposition inclut par ailleurs de nouvelles routines sur la base de fonctions paramétriques pour la prise en compte de l'énergie dans le routage : (a) suppression des paquets retardés sur la base de leur échéance et (b) équilibrage de charge dans le choix des sauts des paquets. Les résultats enregistrés par le protocole résultant, appelé VE-SPEED, montrent que l'approche proposée prend en compte les flux de type temps-réel, possède une grande tolérance aux vides, conserve mieux l'énergie des nœuds de bordure, assure un meilleur équilibrage de charge, et consomme de manière optimisée l'énergie des nœuds capteurs
Resolution of the void-problem in geographical routing in Wireless Sensor Networks (WSN) is an open problem and it can be considered as key issue in disseminating data from sensor nodes to sinks. In this thesis, unlike previously-proposed methods, we address this problem in a different manner by proposing a novel approach to handle both voids and real-time flows with optimizing energy-efficiency of deployed nodes in a WSN. The proposed approach is based on the geographic information of the current node, of the neighbor voids and of the sink. Our proposal relies on the mechanisms that discover voids, announce them and then maintain them. The first proposed protocol, called VT-SPEED, is based on an adaptive void-avoidance mechanism that considers both load of routing candidate nodes and their localization information. To make VT-SPEED energy-aware, we also propose new routines based on parameterized functions that handle routing dissipation energy : (a) dropping out-of-order packets and (b) load-balancing when choosing next hop of packets. The resulting protocol, called VE-SPEED, has satisfactory results which show that the proposed approach satisfies the real-time constraints of data flows, tolerates voids, preserves energy resources of boundary nodes, balances load between nodes and has optimal energy consumption

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Khssibi, Sabri. "Utilisation des réseaux de capteurs de canne pour les applications de surveillance de personnes." Thesis, Toulouse 2, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU20078/document.

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Abstract:

Le monde actuel connaît de profondes mutations démographiques étroitement liées au développement du domaine de la santé publique. L’accroissement de l’espérance de vie s’accompagne d’une augmentation du nombre des personnes âgées, en particulier celles atteintes de maladies chroniques. Plusieurs projets de recherche existants ont comme objectif d’assurer le maintien à domicile des personnes âgées, par un meilleur suivi en utilisant les nouvelles technologies. Parmi eux, nous trouvons le projet CANet qui propose l’utilisation de la canne comme un outil de surveillance non intrusif par l’intégration d’une multitude de capteurs. La canne utilise un système de communication sans fil qui lui permet d’échanger avec un centre de collecte ou de surveillance. Cette solution technologique permet le respect de la vie privée des personnes âgées, sans limiter leur liberté. Notre sujet de thèse s’inscrit dans le cadre de ce projet CANet. Les travaux de thèse sont principalement organisés autour de la conception d’une architecture topologique protocolaire, et des méthodes d’accès aux réseaux sans fil qui permettent la surveillance des personnes âgées à travers un réseau de capteurs embarqués dans une canne. L’objectif principal de la thèse est l’étude des architectures et des protocoles mis en œuvre au niveau communication sans fil pour offrir une infrastructure réseau fiable pour divers services de surveillance, de mesures, d'acheminement de données vers un centre de contrôle distant (cabinet médical, membres de la famille, etc.). Ces propositions ont fait l’objet d’une étude théorique et d’analyses de performances par simulation
The world is undergoing profound demographic changes closely linked with the development of the field of public health. The increase in life expectancy is accompanied by an increase in the number of elderly people, in particular those with chronic diseases. Several existing research projects have as objective to ensure the maintenance to homes of the elderly, by a better follow-up by using new technologies. Among them, we find the proposed CANet who proposed the use of sugar cane as a tool for monitoring non-intrusive by the integration of a multitude of sensors. The cane used a wireless communication system, which allows him to exchange with a collection center or surveillance. This technological solution allows the respect of the private life of older persons, without limiting their freedom. Our thesis subject is inscribed in the framework of this project CANet. The work of this thesis is organized primarily around the design of an architecture protocol topology, and access methods for wireless networks, which allow monitoring of older persons through a network of sensors embedded in a cane. The main objective of the thesis is the study of architectures and protocols implemented at the level wireless communication to provide a reliable network infrastructure for various services for monitoring, measures, routing of data to a control center remote (medical office, members of the family, etc.). These proposals have been the subject of a theoretical study and analysis of performance by simulation

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Chis, Andreea. "Méthodes et outils pour la compilation et l'optimisation logicielle des systèmes embarqués sans fil dédiés à des applications." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2012. http://www.theses.fr/2012ENSL0708.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs communicants sont fortement contraints en ressources : calcul, mémoire et énergie. Dans ce contexte, une attention particulière doit être portée lors de la conception des application, des protocoles de communication et du système d'exploitation qui vont être exécutés sur les plateformes. Le but de cette thèse a été d'adapter les modèles de logiciels utilisés classiquement pour la programmation d'applications au domaine des réseaux de capteurs et de proposer des méthodes et outils permettant de construire une version adaptée du logiciel devant s'exécuter sur les cibles à partir d'un modèle de l'application. Une des composantes qui consomment le plus d'énergie d'un micro-capteur c'est son interface radio. Le comportement d'une couche MAC peut être exprimé comme un automate temporisé avec des états fixes (qui correspondent a des états spécifiques du dispositif physique) ou des états libres (dont le choix de mappage est laissé au choix du programmeur). Le comportement d'un périphérique radio peut lui-même être exprimé comme un automate temporisé composé d' états transitoires (avec durée fixe de l'état) et non transitoires (avec une durée illimitée mais avec une contrainte de temps minimal à passer dans l'état). Le problème de mapper un état software libre de durée fixe sur un chemin dans l'automate du dispositif physique en minimisant l'énergie est prouvé NP-complète. Une heuristique permettant de mapper les états libres d'un automate correspondant à un protocole software sur des états ou chemins entre les états d'un dispositif physique est proposée. L'approche amène à des gains théoriques de 60% pour B-MAC- une couche MAC classique. Pour les 2 catégories de système d'exploitation dédiés à ce type d'applications (modèle à événements et modèle à threads), des squelettes de code sont générés. Adapté a Mantis OS, le squelette de code pour B-MAC confirme en simulation sur la plateforme Worldsens les gains théoriques. Des simulations sur la plateforme réelle Senslab ont prouvé que l'optimisation en terme d'energie ne modifie pas les performances fonctionnelles du protocole
Wireless Sensor Networks are are highly constrained in resources: computation, memory and energy. In this context, particular attention must be paid when designing applications, communication protocols and operating systems that will run on the sensor nodes. The purpose of this thesis was to adapt the software models conventionally used for programming applications to the field of sensor networks and to propose methods and tools to build a customized version of the software to run on the sensor nodes from a model of the application.One of the components of a micro-sensor that consumes the most energy is its radio interface. The behavior of a MAC layer protocol can be expressed as a timed automaton with fixed states (which correspond to specific states of the physical device) or free states ( the choice for their mapping is left to the programmer). The behavior of a radio device itself can be expressed as an automaton consisting of transitional (with fixed duration) and non-transitional states (with unlimited duration but with a minimum time duration constraint). The problem of mapping a free state of the software of fixed duration on a path of the physical device by minimizing the energy consumed is proven to be NP-complete. A heuristic to map the free states of an automaton corresponding to a software protocol to states or paths between the states of a physical device is proposed. The approach leads to theoretical gains of 60% for the mapping of B-MAC, a MAC layer protocol. For two categories of operating systems dedicated to Wireless Sensor Networks (event model and multi-threaded), code skeletons are generated. The simulations under the Worldsens platform of the multi-threaded code skeleton generated for B-MAC and adapted to Mantis OS confirmed the theoretical gains. Experiments on the real platform SensLab have shown that the optimization in terms of energy does not change the functional performance of the protocol

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Hadjidj, Abdelkrim. "Réseaux de capteurs sans fil pour la supervision des systèmes critiques." Compiègne, 2012. http://www.theses.fr/2012COMP2044.

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Abstract:

Recent advances in wireless communications and Micro-Electro-Mechanical systems have enabled the development of wireless sensor networks (WSN) which are expected to be one of the most promising technologies in the near future. These networks introduced an innovative way of monitoring and enabled a plethora of applications in the field of critical systems supervision such as battlefield surveillance, radiation detection, healthcare supervision and critical infrastructure protection. Wireless sensor networks for critical applications have their own characteristics which distinguish them from conventional WSN which create new challenges at different layers. These challenges include reliability, fault tolerance, security, QoS and scalability. This thesis contributes to overcome the challenges of WSN for critical systems monitoring and makes contributions at the MAC layer, the network layer and the application layer. In what follows, we consider the healthcare supervision application and particularly rehabilitation supervision application. We start by studying wireless sensor networks for rehabilitation supervision with a focus on scientific and technical challenges in order to identify the open issues. Then, we propose a reliable communication protocol that meets the clinical requirements of high-fidelity rehabilitation supervision in terms of data quality and data rate. Then, we study the state of the art of multi-path routing protocols through reviewing the different techniques developed for paths construction, data forwarding and paths maintenance. Based on this study, we propose a scalable multi-path routing protocol that constructs a large number of paths compared to existing protocols without inducing extra overhead. Thereafter, we propose a distributed architecture for secure and scalable storage of medical data in wireless sensor networks. Finally, we design and implement a wireless sensor network prototype for high-fidelity rehabilitation supervision and propose mobile and web applications for patients and doctors. Without loss of generality, our proposed solutions for WSN-based rehabilitation supervision are also viable for any other critical application that face the same considered challenges.

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Pollet, Valentin. "Contribution à des problèmes algorithmiques dans les graphes : applications aux réseaux de capteurs, et recherche de motifs." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS054.

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Abstract:

On s'intéresse dans cette thèse à trois problèmes algorithmiques dans les graphes.Dans un premier temps, on étudie le problème de diffusion à distance 2 dans les réseaux ad-hoc sans fil en communication synchrone : le temps est découpé en étapes et les communications ont lieu simultanément à chaque étape. Le problème consiste, étant donné un réseau et une source, à planifier les communications des nœuds pour diffuser une information détenue par la source à distance 2 de celle-ci. La motivation est théorique : on cherche de "bonnes" bornes en fonction de la topologie du réseau. Ces bornes peuvent porter sur, par exemple, le nombre d'étapes pour compléter une diffusion à distance 2 ou encore le nombre de nœuds qu'il est possible d'informer en une étape. Les classes de réseaux considérées sont les graphes d'intervalles, d'intervalles circulaires, et de disques unitaires.On présente ensuite des résultats sur une variante du problème de recherche de motifs colorés : le problème du plus grand sous-graphe connexe équilibré. Étant donné un graphe dont les sommets sont colorés avec deux couleurs, on en cherche le plus grand sous-graphe connexe contenant autant de sommets de chaque couleur. L'étude est ici purement théorique, et on se concentre sur la classification, au sens de la complexité, du problème dans des classes de graphes très restreintes : les graphes bipartis cubiques, les graphes bipartis de diamètre quatre et les graphes de diamètre trois. On montre que le problème reste difficile dans toutes ces classes de graphes, et sa non-approximabilité à facteur constant dans les graphes bipartis de degré maximum quatre.Enfin, on présente une nouvelle approche pour un problème motivé par l'application : la maximisation de durée de vie dans les réseaux de capteurs. Ces réseaux consistent en un grand nombre de capteurs autonomes qui peuvent communiquer entre eux par des technologies sans-fil. Ces capteurs peuvent être tributaires d'une batterie limitée, ce qui a fait naître de nombreux problèmes d'optimisation. On s'intéresse au problème de planifier les allumages et mises en veille de capteurs déployés sur une vaste zone contenant des points d'intérêts à surveiller. On désire qu'à tout instant l'ensemble des cibles soient surveillées (un capteur allumé proche d'elles) et l'ensemble de capteurs allumés pour ce faire doivent communiquer entre eux pour faire remonter l'information à une station de base. On propose une nouvelle approche de la tolérance aux pannes dans ce contexte, ainsi qu'une validation de notre solution par simulation
In this thesis, we give results on three algorithmical problems in graphs.First, we study the Distance-2 Broadcast Scheduling problem in wireless ad-hoc networks. We assume that time is discretized into slots. At each slot, all the communication events take place simultaneously. Given a network and a source node detaining a piece of information, distance-2 broadcast scheduling consists in scheduling the communication events to spread the information to every node within distance 2 of the source. The study is rather theoretical: we aim at establishing "good" bounds depending on the structure of the network. For instance, we give upper bounds on the number of slots sufficient to complete broadcast, or lower bounds on the number of nodes that can be informed in a limited number of slots. We refine those bounds in various classes of networks characterized by the structure of the underlying graph.We then tackle the Balanced Connected Subgraph problem: given a graph which vertices are colored either red or blue, find the largest connected subgraph containing as many red vertices as blue vertices. Our study focuses on the classification of the problem when restricted to "small" classes of graphs, namely bipartite cubic graphs, graphs of diameter three and bipartite graphs of diameter four. We show that the problem remains NP-complete in each of those classes. In addition, we prove it non-approximable within constant factor in the case of bipartite graphs of maximum degree four.Last, we give a novel approach to fault tolerance for extending lifetime of wireless sensor networks. These networks are used for a variety of applications including surveillance and monitoring. They consist of large amounts of autonomous devices with sensing capabilities deployed to monitor vast areas. Usually, these devices run on limited batteries and communicate wirelessly. Thus, numerous optimization problems have appeared. We study the problem of scheduling sensor activity in order to extend network lifetime. The goal is to ensure that at all time each target is monitored by at least one sensor, and the set of active sensors does relay the information to a specified communication base. We describe a new approach which addresses this problem with a fault-tolerant solution. We then validate our approach by simulation

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Aissani, Mohamed. "Optimisation du routage dans les réseaux de capteurs pour les applications temps-réel." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664272.

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Abstract:

La résolution du problème des vides dans le routage géographique dédié aux réseaux de capteurs sans fil (RCS), rencontrés lors de la remontée des informations vers les nœuds collecteurs à partir des nœuds du réseau, constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Cette thèse, contrairement aux méthodes traditionnelles, propose une nouvelle approche pour la prise en charge de ces vides tout en optimisant l'efficacité énergétique des nœuds déployés dans un RCS faisant ainsi du routage proposé une solution adéquate pour l'acheminement des informations en temps réel. Celui-ci se base sur l'information géographique concernant le nœud courant, les vides voisins et le nœud destinataire du paquet. Notre proposition agit aussi sur des mécanismes assurant la découverte, l'annonce et la maintenance des vides d'un RCS. Le premier protocole proposé, appelé VT-SPEED, est construit sur la base d'une fonction évolutive intégrant un mécanisme d'évitement adaptatif des vides et considérant simultanément la charge des nœuds candidats au routage et leur information géographique de localisation. Afin d'optimiser l'efficacité énergétique de VT-SPEED, notre proposition inclut par ailleurs de nouvelles routines sur la base de fonctions paramétriques pour la prise en compte de l'énergie dans le routage : (a) suppression des paquets retardés sur la base de leur échéance et (b) équilibrage de charge dans le choix des sauts des paquets. Les résultats enregistrés par le protocole résultant, appelé VE-SPEED, montrent que l'approche proposée prend en compte les flux de type temps-réel, possède une grande tolérance aux vides, conserve mieux l'énergie des nœuds de bordure, assure un meilleur équilibrage de charge, et consomme de manière optimisée l'énergie des nœuds capteurs

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Tchuani, tchakonte Diane. "Minimisation de la consommation d’énergie des réseaux de capteurs dans les applications de couverture de cibles." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT043.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) se composent de petits nœuds de capteurs dotés de microcontrôleurs intégrés, de radios à faible consommation, de batteries et de capteurs utilisés pour surveiller les conditions environnementales telles que la température, la pression, l'humidité et les vibrations. De nos jours, ces réseaux sont utilisés dans un large éventail d'applications militaires, sanitaires, domestiques, urbaines, industrielles et environnementales. Les applications de couverture de cibles sont celles où plusieurs points d’intérêt appelés cibles doivent être surveillés en permanence par des nœuds de capteurs. Dans la plupart des applications de couverture de cibles, les nœuds de capteurs ont une ressource d'énergie limitée et il est donc essentiel de gérer efficacement leur consommation d'énergie afin de prolonger la durée de vie du réseau. Une approche commune pour résoudre ce problème consiste à alterner le fonctionnement des nœuds de capteurs entre le mode actif et le mode veille. Le problème de former des sous-ensembles de nœuds de capteurs qui seront activés successivement pendant des durées définies tandis que les autres nœuds seront en veille, afin de maximiser la durée de vie du réseau, est NP-difficile et appelé MLCP (Maximum Lifetime Coverage Problem). Dans cette thèse, notre objectif est de proposer de nouvelles heuristiques pour le MLCP tout en considérant des hypothèses plus réalistes sur la durée de vie et la consommation énergétique des nœuds de capteurs. Tout d'abord, nous proposons deux heuristiques gloutonnes en supposant que les nœuds de capteurs n'ont pas nécessairement la même durée de vie. La première heuristique est basée sur une méthode adaptative tandis que la seconde utilise l’idée de liste noire, ce qui permet d’optimiser la gestion des cibles critiques, c’est-à-dire qui sont couvertes par un nombre minimal de capteurs. Ensuite, en considérant que l'énergie consommée par les nœuds de capteurs mis en veille n'est pas négligeable, nous proposons une troisième heuristique gloutonne qui prend en compte l'énergie résiduelle des nœuds de capteurs dans le choix des nœuds à activer. Puis, nous proposons une approche récurrente pour les réseaux réguliers. Nous étudions ensuite une famille d'instances difficiles du MLCP, à savoir la sous-famille des réseaux réguliers consitués par les anneaux de taille impaire. Nous proposons pour cette sous-classe, une approche analytique permettant d’obtenir des solutions efficaces dont nous conjecturons l’optimalité. Enfin, nous développons un système de surveillance de la pollution atmosphérique et de détection d'incendie basé sur un réseau de capteurs sans fil et nous évaluons le gain en termes de durée de vie du réseau lorsqu'un algorithme pour le MLCP est intégré dans un tel système
Wireless Sensor Networks (WSN) consist of tiny sensor nodes with embedded microcontrollers, low power radios, battery cells and sensors which are used to monitor environmental conditions such as temperature, pressure, humidity, and vibration. Today, these networks are used in a wide range of military, health, domestic, urban, industrial and environmental applications. Target coverage applications are those where several points of interest called targets must be continuously monitored by sensor nodes. In most target coverage applications, sensor nodes have a limited amount of energy and it is therefore critical to efficiently manage their energy consumption in order to extend the network lifetime. A common approach to tackle this problem is to alternate the operation of sensor nodes between active and sleep mode. The scheduling of appropriate subsets of sleep/active sensor nodes in order to maximize the network lifetime is an NP-hard problem called Maximum Lifetime Coverage Problem (MLCP). In this thesis, we aim at proposing new heuristics to the MLCP, while considering more realistic assumptions on lifetime and energy consumption of sensor nodes. Firstly, we propose two greedy heuristics with the assumption that the sensor nodes do not necessarily have the same lifetime. The first heuristic is based on an adaptive method while the second uses the idea of blacklist, which allows to optimize the management of least covered targets called critical targets. Secondly, by considering that the energy consumed by sensor nodes put in sleep mode is not negligible, we propose a third greedy heuristic that takes into account the remaining energy of the sensor nodes in the choice of the nodes to activate. Then, we propose a recurring approach for regular networks. We then study a family of hard instances of the MLCP, namely the sub-family of regular networks composed of odd-sized rings. We propose for this subclass, an analytical approach to obtain effective solutions which we conjecture optimality. Finally, we develop a system for air pollution monitoring and fire detection based on a wireless sensor network and we evaluate the network lifetime gain when an algorithm for the MLCP is integrated in such a system

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Lampin, Quentin. "Réseaux urbains de capteurs sans-fil : Applications, caractérisation et protocoles." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0001/document.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs sans-fil sont composés de dispositifs électroniques conçus pour mesurer une grandeur physique de l’environnement dans lequel ils sont déployés et pour acheminer ces mesures à un système d’information. Dans nos travaux, nous étudions les architectures de réseau et les protocoles de communication associés afin de déterminer les configurations adéquates à un scénario de réseau de capteurs pour la Ville Intelligente. Après avoir recensé les applications et leurs exigences de Qualité de Service attendue, nous avons construit des modèles analytiques permettant de comparer les différentes familles de protocoles MAC en terme de taux de livraison et de consommation d’énergie. Ces travaux permettent ainsi de motiver le choix d’un protocole synchrone ou asynchrone, à contention ou à accès direct, en fonction du scénario applicatif et du déploiement de réseau considéré : longue portée ou multi-sauts. Sur la base des résultats de cette étude, nous proposons ensuite un ensemble d’optimisation des protocoles de communication permettant d’améliorer la Qualité de Service et la dépense énergétique des compteurs. Nous proposons une méthode d’accès au médium de communication permettant l’allocation de plusieurs instants de transmission en une phase unique de tournoi. Cette optimisation vise à réduire le pôle de consommation majoritaire des réseaux multi-sauts, tel qu’identifié dans l’étude précédente. Le protocole résultant, CT-MAC, résout l’allocation de plusieurs instants de transmission en une unique phase de compétition et de manière distribuée. CT-MAC réduit ainsi la consommation d’énergie de l’arbitrage du médium. Nous proposons ensuite un mécanisme de relayage adaptatif pour l’architecture de réseau longue-portée. Le protocole, nommé SARI-MAC, est conçu de manière à pallier aux ‘trous’ de couverture que présentent les systèmes radio longue-portée lorsqu’ils sont déployés dans un habitat urbain dense. Pour cela, SARI-MAC propose d’exploiter certains nœuds du réseau, choisis pour leurs ressources en énergie, en tant que relais pour leurs voisins dont le bilan radio est insuffisant pour respecter les exigences de Qualité de Service de l’application. SARI-MAC est un protocole MAC asynchrone, initié récepteur dont les paramètres s’adaptent automatiquement aux conditions de trafic et aux contraintes de cycle d’activité imposées par la durée de vie souhaitée des nœuds capteurs et par la législation. Finalement, nous proposons un schéma de routage opportuniste appelé QOR. QOR est un protocole de routage qui tire profit des liens radio longue portée, opportunistes afin d’améliorer la fiabilité et la latence des transmissions de données dans un réseau de collecte. Pour cela, QOR propose une structure de routage combinée à un schéma d’adressage permettant d’identifier un ensemble de nœuds relais entre une source et la passerelle de collecte
Wireless Sensors are small electronic devices made for measuring physical properties of their environment and communicating them wirelessly to an information system. In this thesis, we study existing network architectures and to devise the best-suited configuration for typical urban wireless Sensor Network use-cases. To that effect, we provide comprehensive analytical models to compare the different families of MAC protocols in terms of Delivery Rate and Energy Consumption, e.g. synchronous vs asynchronous, contention-based vs direct access etc. Headlines results a mathematical framework to devise the least energy-cost contention algorithm for a given Delivery Rate and closed-form expressions of the Energy Consumption and Delivery Rate for popular access control protocols. These results are then synthesised in a comparison study of the two prevailing urban sensors network architectures, i.e. long-range and multihop. We show that long-range sensor networks are best-suited for low-traffic and sparser network topologies while higher traffic loads and denser network topologies demand switching to a multihop network operating a synchronous MAC protocol on higher bitrate radios. Based on the analysis of the architectures best suited for each use-case scenario, i.e. low traffic loads/sparse network and high traffic loads/dense network, we identify suitable optimisations to improve the QoS performance and energy efficiency of said architectures. First, we improve on the energy efficiency of the arbitration of the medium access by defining a cascading tournament contention algorithm. This protocol, CT-MAC, resolves multiple timeslots allocation in a single, energy efficient contention tournament. Second, we propose an adaptive relaying scheme for the long-range network architecture named SARI-MAC. This scheme is an attempt to cope with coverage holes that occurs when using long-range in a dense urban habitat by letting sensor nodes relay communications of nodes whose link budgets are incompatible with the QoS requirements of the network. To that effect, we propose a receiver-initiated MAC protocol that self-adapts to the traffic condition so that the duty-cycle of relayers is kept as low as possible with respect to the load of frames to relay. Finally, we propose an opportunistic relaying scheme named QOR. QOR is a routing protocol that exploits long-range, opportunistic radio links to provide faster and more reliable transmissions. To that effect, QOR proposes a joint routing structure and addressing scheme that allows identifying a limited set of nodes than can become opportunistic relayers between a source sensor and the sink. Those nodes then follow an original cascaded acknowledgement mechanism that brings reliable acknowledgment and ensures a replication-free forwarding of the data frames

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Zelgowski, Julien. "Etude et optimisation du procédé de gravure par laser à fibre femtoseconde dédié aux applications industrielles et médicales." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD037/document.

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Abstract:

L’avènement des technologies lasers femtoseconde utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur incite les industriels à se renseigner sur cette technologie. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet Futures et Ruptures, cette thèse se propose de caractériser une nouvelle source femtoseconde, le Tangerine d’Amplitude Systèmes. Utilisant les capacités de ce laser, et avec la collaboration d’IREPA LASER, nous feront une étude comparative avec les lasers femtoseconde déjà existant en s’appuyant sur l’état de l’art, l’optique non-linéaire et quelques simulations d’ablation. L’amélioration des procédés d’usinage pour des applications industrielles nous permettra de modifier et compléter nos connaissances dans l’usinage de différents matériaux tout en montrant les qualités de cette nouvelle technologie. Enfin, une application de miniaturisation de dispositifs électronique pour le domaine du biomédical nous permettra d’utiliser toutes les connaissances acquises et de mener à bien ce projet
Surgical procedures are moving increasingly toward minimally invasive techniques because these techniques offer great comfort to the patient, a short recovery time and are reasonably-priced. As part of this thesis, it is proposed to study the integration of micrometer-sized sensors directly into needles for example. The PhD student will study the process of laser-matter interaction for new nano and femtosecond sources which should be optimized in order to develop a machining technique of surgical instruments in order to incorporate the sensors. The aim of the thesis is the demonstration of the feasibility of developing the technique of laser etching for the integration of sensors into millimeter-sized needles as well as tests in real conditions. Multiple lasers will be used; The Tangerine laser from ‘Amplitude Systèmes’ with the well know Ti:Sa laser. His work there will be to upgrade the laser up to its best capacity both in terms of fluence or accuracy and in terms of software and its ease of use. The ablation of the silicon from the rear of the electronic chip to the edge of the photodetector in order to carry the light and energy supply all 3D Hall effects micro-magnetors will be the main purpose of the PhD student. He will highlight differences between two femtosecond laser as thermally affected area or ablation rate and will choose which one is able to achieve our goal

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Aouabdia, Nabila. "Etude d'un capteur à base de résonateur planaire pour applications au contrôle non destructif." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066137.

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Abstract:

Cette thèse a pour objectif l'étude d'un capteur à base de résonateur planaire rectangulaire pour applications au contrôle non destructif (CND). Dans ce contexte, deux approches ont été définies. La première décrit la conception, la modélisation, la simulation et la réalisation de prototypes de résonateurs patch rectangulaires (RPR). La structure étudiée comporte un substrat anisotrope et un superstrat isotrope. Un modèle analytique du RPR a été développé à l'aide de la Méthode des Moments (MoM) et validé avec deux logiciels électromagnétiques du commerce (HFSS et CST). La seconde approche s'est focalisée sur la caractérisation de matériaux biologiques utilisant les prototypes de RPR comme applicateur pour le contrôle non destructif, le superstrat étant remplacé par le matériau étudié. Notre centre d'intérêt a été de déterminer les propriétés diélectriques de divers matériaux biologiques afin d'en extraire la permittivité diélectrique complexe. Les mesures ont été effectuées au Laboratoire d'Électronique et Électromagnétisme (L2E) sur plusieurs échantillons de tissus (foie, graisse, poulet, beurre, foie gras, etc…). Les mesures couplées aux simulations électromagnétiques ont permis d'obtenir les paramètres diélectriques microondes de ces matériaux
The objective of this thesis is the study of a sensor based on a rectangular planar resonator (RPR) for applications to Non-destructive Evaluation (NDE). In this context, two approaches were defined. First one, conception, modeling, simulation and realization have been made on rectangular structures with an anisotropic substrate and an isotropic superstrate. An analytic model was developed by using the Moments Method (MoM) and validated with two electromagnetic commercial softwares (HFSS and CST). The second approach of this work was focused on the characterization of biological materials with the RPR prototypes used as an applicator for Non-destructive Evaluation in the medical domain. Our center of interest was oriented towards the measurements of dielectric properties of biological tissues replacing the superstrate in order to extract their complex permittivity. Measurements were made in the Laboratoire d'Électronique et Électromagnétisme (L2E) on several samples (liver, fat, chicken, butter, foie gras, etc…). Measurements associated with electromagnetic simulations have enabled to obtain microwave dielectric parameters of these materials

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Aoudia, Hania. "Approches de routage adaptatif pour l'optimisation de la consommation énergétique dans les applications type RCSF." Thesis, Paris 8, 2015. http://www.theses.fr/2015PA080077/document.

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Abstract:

La gestion de la consommation énergétique est une question incontournable lors la conception et la mise en œuvre d’un RCSF. Garantir un fonctionnement efficace avec un accroissement de la longévité du réseau en se limitant uniquement à une solution matérielle reste insuffisant. Il est donc nécessaire de se tourner vers d’autres solutions logicielles qui permettraient de maitriser l’exploitation de l’information dès sa source jusqu’à son acheminement vers sa destination finale en tenant compte des caractéristiques intrinsèques des capteurs, i.e., faibles capacités de stockage et de puissance de calcul, et contraintes énergétiques associées. Répondre en partie à ces besoins, passe par le développement d’outils informatiques et de stratégies protocolaires en modes basse consommation mettant en œuvre des mécanismes basés sur des techniques de routage d’informations. Dans cette thèse, nous proposons deux solutions protocolaires hiérarchisées HHRP et HRP-DCM. La première met en œuvre un mécanisme de routage adaptatif à base d’un modèle énergétique non linéaire et d’un concept de communication Fils-Parent pour la sélection des meilleurs chemins en tenant compte d’un ensemble de paramètres critiques tels que les distances source-cible, la puissance du signal et l’énergie consommée. Or, la phase de reconnaissance du voisinage nécessite l’utilisation de la puissance des signaux radio pour estimer les distances entre nœuds capteurs, ce qui est un inconvénient majeur puisque cela peut engendrer des dégradations sur les performances du routage et des erreurs d’estimation des mesures RSSI. Ces dernières ne sont exploitables pour la localisation des nœuds qu’au bout d’un certain temps vu que la stabilité du signal n’est garantie que tardivement. Ainsi, le temps alloué pour la phase de reconnaissance devient important, accélérant de ce fait la consommation d’énergie et donc minimise la durée de vie du réseau. Pour y remédier, nous proposons une alternative qui contourne l’utilisation de la puissance du signal RSSI à tous les niveaux du mécanisme en mettant en œuvre une approche de routage hybride basée sur un mécanisme de clusterisation dynamique HRP-DCM. Cette solution permet des améliorations non seulement lors de la phase de reconnaissance du réseau mais aussi sur l’optimisation des chemins lors de la communication. Elle utilise le concept de calcul des distances temporelles lors du déploiement du réseau ainsi les délais alloués à la phase d’initialisation sont raccourcis atténuant de fait la consommation énergétique et l’exploitation des ressources. L’évaluation des performances montre bien que HRP-DCM optimisent mieux le fonctionnement du réseau quelque soit sa densité comparativement à d’autres solutions telles que HHRP TEEN et LEACH
Managing energy consumption is an unavoidable issue for a WSN design and implementation. Focusing lonely on a hardware solution to ensure an efficient of a running network while increasing its lifetime remains insufficient. It is therefore necessary to turn towards other software solutions that enable a better control of information processing from its source until its final destination by taking into account intrinsic characteristics of sensors, such as low storage and computing capabilities and associated energy constraints. A partial response to these needs requires the development of IT tools and protocolar strategies in low-power modes by implementing mechanisms based on information routing techniques. In this thesis, we propose and develop two hierarchized protocolar solutions HHRP and HRP-DCM. The first one implements an adaptive routing mechanism based on a nonlinear energy model and a concept of communication Son-Parent for a best paths selection by taking into account a set of critical parameters such as distance source-target, signal strength and energy consumption. However, the vicinity recognition phase requires the use of RSSI radio signals to estimate distances between sensor nodes. This can be considered as a major drawback since it may cause damage on routing performances and estimation error on RSSI measurements. These latters can be used for locating nodes only after a while since the stability of RSSI signal is guaranteed only belatedly Thus, the allocated time for recognition phase becomes significant, speeding up thereby energy consumption and thus reduces the lifetime of the network. In this context, we propose an alternative that bypasses the use of RSSI power signal in different levels of HHRP mechanism by implementing a hybrid routing approach based on a dynamic clustering mechanism HRP-DCM. This solution allows improvements in recognition and in paths optimization phases, both. It uses the concept of temporal distances calculation during network deployment. Thus, allocated time for network initialization is shortened mitigating in fact energy consumption and resources exploitation. Performance evaluation shows that HRP-DCM optimizes better network whatever its density compared to other solutions such as HHRP, TEEN and LEACH routing protocols

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Diop, El hadji Serigne Mamour. "Optimisation de la transmission d'images dans les réseaux de capteurs pour des applications critiques de surveillance." Thesis, Pau, 2014. http://www.theses.fr/2014PAUU3011/document.

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Abstract:

L’émergence de petites caméras CMOS et de microphones MEMS, à coût et puissance réduits, a contribué au développement d’une technologie permettant la transmission de flux multimédia (audio, image, vidéo) : les réseaux de capteurs multimédia. Cette technologie, offrant de nouvelles perspectives d’applications potentielles où la collecte d’informations visuelles et/ou acoustiques apporte une plus- value certaine, suscite un intérêt manifeste. Avec des données multimédia, la qualité de service devient désormais une exigence fondamentale pour la transmission dans un environnement contraint en ressources. Dans le contexte spécifique de cette thèse, nous considérons un déploiement par voie aérienne d’une grande quantité de capteurs image pour des applications critiques de surveillance telles que la détection d’intrusion ou des opérations de recherche et sauvetage. La prise en compte de la criticité des applications constitue un aspect important de cette thèse, novateur par rapport aux contributions déjà effectuées dans le domaine. Nos travaux se fondent sur une méthode d’ordonnancement adaptatif de l’activité des capteurs image qui fournit, pour chacun d’entre eux, son ensemble de cover-sets. La détection d’un événement dans le réseau déclenche la transmission d’une large quantité d’informations visuelles, émanant de plusieurs sources pour résoudre les ambiguïtés. L’objectif de cette thèse est d’optimiser cette transmission simultanée d’images causant des désagréments sur le réseau. Nous avons tout d’abord proposé une stratégie de sélection des cover-sets pertinents à activer pour une transmission efficace des images capturées. Cette stratégie, basée sur des critères d’état et de voisinage, assure un compromis entre autonomie et criticité. Une extension multi-chemin de GPSR assure la remontée des images émises des sources sélectionnées au puits. Une seconde contribution, également une approche de sélection, se fonde sur les informations de chemins à 2 sauts pour la sélection des cover-sets. Contrairement à la précédente, elle accorde une priorité à la criticité par rapport à la préservation de l’énergie, même si cette préservation est faite de manière indirecte. Un protocole de routage multi-chemin T-GPSR essentiellement basé sur les informations à 2 sauts est associé à la seconde approche de sélection. Une étude de performances de la mobilité du puits sur les propositions basées sur les informations à 2 sauts constitue notre troisième contribution
Recent advances of inexpensive and low-power CMOS cameras and MEMS mi- crophones have led to the emergence of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). WMSNs promise a wide spectrum of potential applications which require to ubiquitously capture multimedia content (visual and audio information). To support the transmission of multimedia content in a resource constrained environment, WMSNs may require a certain level of quality of service (QoS) in terms of delay, bandwidth, jitter, reliability, quality level etc. In this thesis, we consider Wireless Image Sensor Networks (WISNs) where sensor nodes equipped with miniaturized visual cameras to provide accurate information in various geographical parts of an area of interest can be thrown in mass for mission-critical applications such as intrusion detection or search & rescue. An innovative and important aspect of this thesis is to take into account the criticality of applications. The network adopts an adaptive scheduling of image sensor node’s activity based on the application criticality level, where each node computes its cover-sets. So, event detection triggers the simulataneous transmission of a large volume of visual data from multiples sources to the Sink. The main objective of this thesis is to optimize this simultaneous transmission of images that can degrade network performance. With this goal in mind, we first proposed a multi-criteria approach to select the suitable cover-sets to be activated for reliable transmission of images in mission-critical applications. The proposed approach takes into account various parameters that affect the image quality at the Sink in a multi-hop transmission network and guarantees a compromise between autonomy and criticality. A modified version of GPSR routing protocol supporting the transmission of multimedia streams ensures the transfer of images from selected sources to the Sink. The second contribution consists in an optimized selection strategy based on 2-hop neighborhood information to determine the most relevant cover-sets to be activated to increase reliability for image transmission. This selection approach prioritizes the application’s criticality. A multipath extension of GPSR, called T-GPSR, wherein routing decisions are based 2-hop neighborhood information is also proposed. A performance study of the sink mobility on proposals based on 2-hop information is our third contribution

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Mallick, Germain. "Capteur intelligent de mesure de l'humidité par micro-ondes en contrôle continu de procédés industriels." Nancy 1, 1993. http://www.theses.fr/1993NAN10416.

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Abstract:

La mesure rapide de la quantité d'eau dans un matériau est une préoccupation constante dans le domaine industriel. Le but de cette étude a été la réalisation d'un capteur de mesure en continu de l'humidité par des techniques utilisant les micro-ondes. Le premier chapitre est consacré au principe de mesure de l'humidité dans les matériaux, et aux différents capteurs industriels qui permettent d'en effectuer la mesure en continu. Le principe de mesure par micro-ondes est alors détaillé, avec ses avantages et ses inconvénients. Le second chapitre présente la méthodologie qui a été adoptée pour la mise au point d'un capteur industriel de mesure. La notion de capteur intelligent a été utilisée et ses dífférentes fonctionnalités détaillées. Les chapitres 3 et 4 décrivent deux applications industrielles de mesure de l'humidité par micro-ondes. Le dernier chapitre présente un montage expérimental qui permet de juger de la qualité des signaux mesurés
The fast and reliable measurement of moisture in materials is an important and daily concern in the industrial field. The aim of this study was the realization of a sensor for continuous measurement with microwave technology

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Saleh, Mohammad. "Secure communications in wireless networks for biomedical EEG sensor networks applications." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCA024/document.

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Abstract:

Le cadre général de la thèse concerne les réseaux de capteurs et la sécurisation des communications sans fil pour la mise en œuvre de systèmes fiables de surveillance orienté santé. Plus précisément, ce travail de thèse présente un nouveau système de surveillance biomédical à base de réseau de capteurs sans fil, pour la mesure de l'activité électrique du cerveau. Un réseau de capteurs sans fil de type EEG (électroencéphalogramme) permet de surveiller les ondes cérébrales spontanées, y compris les ondes normales et anormales, des patients souffrant de différents types d'épilepsie. Un capteur sans fil enregistre les signaux du patient (via le cuir chevelu) et filtre ces signaux et leurs données en parallèle selon un traitement approprié des ondes cérébrales. Il est dès lors possible de prédire la gravité d'une attaque épileptique à venir. Une première approche est proposée pour analyser les anomalies des ondes cérébrales et déclencher des alertes le cas échéant. De tels systèmes peuvent permettre de sauver de nombreux patients en prédisant l’arrivée les crises avant qu'elles ne surviennent et éviter ainsi les accidents et les comportements à risque lors d'une crise d'épilepsie. De plus, l’approche peut être utiliser pour d'autres mesures de diagnostic médical. Une autre approche basé sur l’apprentissage pour la prédiction en utilisant les réseaux de neurones de type FFNN (Feed Forward Neural Network ) est également présentée. Par ailleurs, Les approches de prédiction, exploitent la norme IEEE802.11n pour la transmission des données avec un protocole de confidentialité pour la sécurisation des communications. La mise en œuvre de la sécurité peut réduire considérablement le temps de la prédiction et retarder les signaux d’alerte des crises. Les mesures effectuées permettent la calibration des algorithmes de prédiction pour tenir compte des délais introduits par la sécurisation des communications
The general framework of the thesis concerns sensor networks and the privacy protocols for wireless communications in the implementation of reliable healthcare systems. More precisely, it presents a novel biomedical wireless sensor Network monitoring system, as a predictor and advance sensitive portable electroencephalogram (EEG). The EEG wireless sensor network proposed to monitor spontaneous brain waves, including normal and abnormal waves, for the patients suffering from different types of epilepsy. The biomedical epilepsy wireless sensor Network monitoring system (WSN-EEG) read’s signals from a wireless sensor network on the patient scalp, and filter these signals to run parallel data processing for the brain waves. However, the predicting procedure for the severity of the forthcoming epileptic attack based on, a proposed mathematical model, which analyses the abnormality in the brain waves and alerts by giving signals for the patient. This method can save many patients by predicting the seizure before it occurs and helps them from different injuries and risky behavior arising during epilepsy attack. In addition, the proposed approaches can use the patient data for further medical diagnosis measures. Another approach is proposed as a learning-based approach for prediction using Feed Forward Neural Network (FFNN) for the alert system. The research used the IEEE802.11n as a communication method for the wireless sensor networks and measure the IEEE802.11n security performances as privacy protocol for data transmission of the proposed systems. The measurements indicated the calibration of the prediction algorithms to take account of the delays introduced by the security of the communications in the data transmission and seizure prediction which might significantly reduce prediction time and delay the alert signals

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Imbrosciano, Sébastien. "Flots et chemins contraints : applications aux réseaux de télécommunications." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4001/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'analyse et la conception de réseaux étudiés sont les réseaux de fibres optiques et les réseaux de capteurs. Les problématiques étudiées sont: pour les réseaux de fibres optiques, minimiser le coût de déploiement et assurer la qualité de service; dans les réseaux de capteurs, garantir la sécurité des transmissions et l'énergie consommée par le routage des communications. Pour résoudre ces problèmes nous utilisons des techniques de théorie des graphes, de complexité, de programmation linéaire. Le premier problème consiste à concevoir un plan d'installation de fibres optiques de coût minimal permettant de connecter un ensemble de clients à un noeud de raccordement via un ensemble de coupleurs en respectant les contraintes technologiques imposées par la norme. Nous proposons une modélisation de ce problème ainsi qu'une méthode de résolution. Le deuxième problème est un problème de flot avec contrainte de délai où le délai pour traverser une liaison est proportionnel à la quantité de flot quicircule sur celle-ci. Nous proposons une preuve de NP-complétude dans le cas général, un algorithme d'approximation facteur 2 dans le cas où le graphe support est un chemin et une heuristique évaluée de façon expérimentale qui calcule en un temps raisonnable de bonnes solutions pour des instances de tailles réelles. Enfin, nous proposons deux protocoles concernant les réseaux de capteurs. Le premier, basé sur un algorithme distribué, calcule un ensemble de chemins disjoints entre les terminaux. Le second maximise la durée de vie d'un réseau de capteurs alimentés par batteries. Des résultats s'expérimentations numériques sont présentés
In this thesis, we study some optimization problem applied to telecommunication networks. We study fiber optical networks and sensor networks. We are interested to analysis and design for these types of networks. The issues studied are: for fiber optic networks, minimize the cost of deployement and ensure quality of service; for sensors network, ensure the safety of transmissions and the energy consumed. To solve these problems we use techniques as graphs theory, complexity, linearprogramming, generalized flows and paths with resource constraints. The first problem is to minimize the cost to deploy a fiber optical network which connect a set of customers to a connection node through a set of splitter and deal about technological constraints imposed by the standard. We propose a model and a method of resolution for this problem. The second problem is a flow problem with delay constraint where time to cross a edge is proportional to the amount of flow that flows thereon. We offer a proof of NP-completeness in the general case, an approximation algorithm factor 2 in the case where the support graph is a path and an estimated experimentally an heuristic that calculates good solutions for instances of real sizes. Finally, we propose two protocols for sensor networks, which resulted in two patents. The first, based on a distributed algorithm, calculates a set of disjoint paths between terminals. The second maximizing the lifetime of sensors powered by batteries. The results of numerical experiments are also presented

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Ehsan, Muhammad. "Couche MAC adaptative pour les applications critiques de surveillance à base d’un réseau de capteurs d’image." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3005/document.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs sans fil sont conçus dans le but de remplir différentes tâches de surveillance dans des conditions environnementales variées. Ces petits appareils électroniques sont capables de détecter, traiter et transmettre des données environnementales avec des communications multi-sauts et peuvent par conséquent aussi se coordonner. En même temps, ces dispositifs ont des ressources limitées (mémoire, capacités de calcul) et doivent fonctionner le plus souvent sur des batteries. C’est pour ces raisons que les recherches menées dans le domaine des réseaux de capteurs possèdent naturellement une forte partie qui concerne la réduction de la consommation d’énergie et une auto-organisation du réseau.Nos recherches considèrent les applications critiques de surveillance. Ces applications peuvent avoir des exigences très différentes des réseaux de capteurs traditionnels. De plus, nous utilisons des capteurs images, dont l’activité est définie en fonction de la criticité de l’application. Un ordonnancement basé sur la criticité permet de définir des nœuds sentinelles qui possèderont une vitesse de capture plus grande, cela afin d’avoir une probabilité plus élevée de détecter des intrusions et d’alerter leurs nœuds voisins. Au niveau de la couche de contrôle d’accès au medium (couche MAC), les approches alternant activité-sommeil (consistant à allumer et éteindre la radio de manière cyclique) sont utilisées pour préserver l’énergie et prolonger la durée de vie du réseau. Cependant, tout en conservant l’énergie, les applications critiques de surveillance ne doivent pas compromettre la qualité de la surveillance et le réseau doit être toujours en mesure de propager rapidement les messages d’alerte. Notre but est de définir un protocole MAC qui pourrait réduire la latence de propagation d’alerte ainsi que de prolonger la durée de vie du réseau. Nous proposons tout d’abord une approche originale pour déterminer dynamiquement la durée de la période d’activité radio des nœuds pour augmenter la probabilité de propager rapidement les alertes. Les résultats des simulations ont confirmé que notre approche réussit à améliorer la réactivité du système par rapport à une approche statique. En même temps, notre proposition permet de réduire considérablement la consommation d’énergie du réseau. Ensuite, nous avons implémenter notre approche sur des capteurs réels et les résultats obtenus sont très proches des résultats de simulation
Wireless Sensor Networks (WSNs) are designed for the purpose of completing different monitoring tasks under various environmental conditions. The small electronic devices called sensors are capable of sensing, processing and communicating the environmental data through multi-hop communication and coordination. These devices have limited resources (memory, computing capabilities) and usually run on batteries. This is the reason the research on wireless sensor networks have been focused on energy efficiency and self-organization of the network. We consider mission-critical surveillance applications in our research work. These applications can have different requirements than traditional WSNs. In addition, we use image sensor nodes, whose activity is defined based on criticality of the application. The criticality-based scheduling scheme defines sentry nodes with faster capture rates, to have higher probability to detect intrusions and to alert neighbor nodes. At Medium Access Control (MAC) Layer level, duty cycled approaches are used to preserve energy and prolong the network lifetime. However, while conserving energy, mission-critical surveillance applications cannot compromise on quality of surveillance and the network should still be able to quickly propagate the alert messages. In this thesis, we propose a low latency, energy efficient adaptive MAC protocol. We first propose an original approach to dynamically determine the duty-cycle length of sensor nodes to increase the probability of quick propagation of alerts. Simulation results confirmed that our approach succeeds in improving the system responsiveness when compared to a static duty-cycling approach. At the same time, our proposition considerably reduces the energy consumption of the network. Then, we implemented our approach on sensor node hardware and results were found to be very close to our simulation results

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Bouchez, Jean-Luc. "Capteur d'effort triaxial intelligent à transmission optique : Application à la préhension et au prépositionnement." Nancy 1, 1989. http://www.theses.fr/1989NAN10007.

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Abstract:

Le capteur d'effort bien calibré en début de chaîne de production, et une gestion du flux d'informations permettent d'améliorer la productivité et la qualité. La transmission d'informations s'effectue par fibres optiques

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Rousseau, David. "Contribution à l'étude du traitement de l'information dans les processus physiques non linéaires : résonance stochastique et rôle bénéfique du bruit." Angers, 2004. http://www.theses.fr/2004ANGE0024.

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Abstract:

Les processus physiques non linéaires ont des dynamiques plus riches que celle des processus linéaires ; ils manifestent des comportements qui peuvent présenter un intérêt particulier pour le traitement de l'information. Nous étudions l'un de ces comportements intrinsèquement non linéaire : la résonance stochastique, qui consiste en la possibilité d'améliorer la transmission ou le traitement d'un signal utile par certains systèmes non linéaires, au moyen d'une augmentation du bruit dans le système. Les développements actuels de la résonance stochastique s'organisent autour de trois axes : la poursuite des analyses fondamentales, l'étude de la résonance stochastique dans les neurones biologiques et la recherche d'applications technologiques compétitives de la résonance stochastique. Dans ce mémoire, nous nous efforçons d'apporter notre contribution à ces trois axes de développement de la résonance stochastique. Dans cette perspective, nous examinons différentes problématiques de traitement de l'information (transmission, détection et estimation). Nous analysons l'influence du bruit sur les performances du traitement de l'information dans différents systèmes non linéaires comme des capteurs à saturations, des réseaux de non-linéarités ou des systèmes dynamiques bistables non linéaires. Nous considérons différents mélanges signal—bruit linéaires ou non linéaires (avec le cas spécifique de bruits de phase)
Nonlinear physical processes exhibit much richer dynamics than linear processes; some of their specific behaviors are of interest for information processing. We focus on one of these typically nonlinear behavior: stochastic resonance, which manifest the possibility to enhance the transmission or the processing of a useful signal by certain nonlinear systems by means of an increase of the noise in the system. Present developments about stochastic resonance can be organized in three main axes: the pursue of fundamental analysis, the study of stochastic resonance in natural neurons and the search for technological competitive applications of stochastic resonance. In this work, we propose our contribution to these three main axes of development of stochastic resonance. Within this perspective, we examine different signal processing problematics (transmission, detection and estimation) in different nonlinear physical processes. We study the influence of noise on the performance of information processing involving different nonlinear systems like nonlinear sensors with saturations, arrays of nonlinear devices or bistable dynamic systems. We consider different signal--noise mixtures: linear or nonlinear (with the specific case of phase noises)

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Pasha, Muhammad Adeel Ahmed. "Synthèse de haut-niveau de contrôleurs ultra-faible consommation pour des réseaux de capteurs : un flot de conception complet." Phd thesis, Université Rennes 1, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00553143.

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Abstract:

La conception d'une plate-forme matérielle pour un noeud de réseaux de capteurs (RdC) est un véritable défi car elle est soumise à des contraintes sévères. La consommation d'énergie est souvent considérée comme la contrainte la plus forte donnée la petite taille et les besoins d'autonomie d'un noeud. De nos jours, les noeuds s'appuient sur des microcontrôleurs (MCUs) faible consommation disponibles dans le commerce. Ces MCUs ne sont pas adaptés au contexte de RdC car ils sont basés sur une structure de calcul généraliste et ils consomment trop d'énergie par rapport au budget d'énergie d'un noeud. Dans cette thèse, nous proposons un flot de conception complet, depuis le niveau système, se basant sur le concept de micro-tâches matérielles avec coupure de la tension d'alimentation (Power Gating). Dans cette approche, l'architecture d'un noeud est constituée d'un ensemble de micro-tâches matérielles qui sont activées selon un principe événementiel, chacune étant dédiée à une tâche spécifique du système (ex. la couche MAC, le routage, etc.). Ces micro-tâches sont gérées par un ordonnanceur matériel (System Monitor) qui est automatiquement généré à partir d'une description système, dans un langage spécifique (DSL), du graphe des tâches d'un noeud de RdC. En combinant la spécialisation du matériel et la technique du power gating, nous réduisons considérablement les énergies dynamique et statique d'un noeud de RdC. Les résultats montrent que des gains en énergie dynamique de 1 à 2 ordres de grandeur sont possibles par rapport aux mises en oeuvre à base des MCUs (ex. le MSP430). De plus, des gains de 1 ordre de grandeur en énergie statique sont également obtenus grâce à l'utilisation du power gating.

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Erdelj, Milan. "Mobile wireless sensor network architecture : applications to mobile sensor deployment." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00914987.

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Abstract:

Les progrès de la robotique mobile nous permettent aujourd'hui d'ajouter la notion de mobilité dans plusieurs classes de réseaux de capteurs sans fil. Le déploiement de capteurs mobiles est possible et utile dans de nombreuses applications, comme la surveillance de l'environnement, les applications dans l'industrie, dans la santé et le domaine militaire. Le terme robot mobile peut représenter n'importe quel type de robot avec la capacité de modifier sa position. Cette notion inclut une vaste gamme de robots industriels utilisés dans les lignes de production. Dans le contexte spécifique de cette thèse, l'attention se focalise uniquement sur les robots mobiles et plus particulièrement les véhicules autonomes dont les mouvements ne sont pas limités par leur taille physique. Ainsi, un robot ou un groupe de robots mobiles peuvent être utilisés pour explorer des environnements inconnus et effectuer une variété de fonctions. La mobilité du robot dans le contexte des réseaux de capteurs, nous permet de résoudre les problèmes qui ne pourraient pas être résolues dans un cas statique. Les robots mobiles permettent d'augmenter la robustesse du réseau en remplaçant des nœuds de capteurs et de s'adapter aux environnements inconnus ou dynamiques. Deux thèmes sont abordées dans cette thèse : la conception d'un intergiciels pour les réseaux de robots mobiles et un ensemble d'approches pour le déploiement de robots mobiles dans le cadre de réseaux de capteurs sans fil. L'intergiciel proposé et décrit dans cette thèse permet à l'utilisateur de facilement mettre en œuvre différents types d'algorithmes de déploiement pour les robots mobiles. Il permet de déployer une application sur la station de base centrale qui permet à un utilisateur de rassembler toutes les informations captées par la flotte de robots. L'application de la station de base permet à un utilisateur d'envoyer des commandes à un groupe ou à un robot, introduisant ainsi la commande manuelle en option dans le réseau robotique. L'intergiciel présenté dans ce travail est dédié à être utilisé avec des robots mobiles Wifibot. Il permet réaliser plusieurs tâches. Tout d'abord, il interagit avec le microgiciel du robot pour piloter les moteurs des roues et recueille les informations concernant la sortie du capteur et de l'état de la batterie. Deuxièmement, il gère la communication avec d'autres robots et les stations de base du réseau. Troisièmement, il traite les informations sur l'environnement et les messages reçus des voisins dans le réseau. Enfin, il réagit et il s'adapte de manière rapide et fiable pour aux événements de l'environnement. Dans la deuxième partie de la thèse, trois problèmes sont présentés et analysés : le problème de l'amélioration de la qualité de service avec l'utilisation des réseaux robotiques mobiles, la couverture du point d'intérêt avec des robots mobiles et la découverte de points d'intérêt et leur couverture avec l'utilisation des robots mobiles. Le premier problème est résolu avec l'utilisation de l'algorithme de déploiement qui améliore les performances de la transmission multimédia. Cet algorithme utilise une méthode intrusive pour réunir les métriques de qualité de service. Ensuite, l'attention est focalisé sur l'application des réseaux de capteurs sans fil est la surveillance de l'environnement. Au lieu de surveiller toute la région, couvrir seulement un ensemble de points d'intérêt spécifiques accroît les performances du réseau et réduit le coût de déploiement. Nous faison l'hypothèse que la station de base fixe est placé à l'intérieur du domaine d'intérêt, tandis que les robots mobiles disponibles couvrent le point d'intérêt et relayent l'information vers la station de base. L'approche pour résoudre le dernier problème est basée sur le mouvement continu et à vitesse variable de capteurs mobiles, qui suivent des trajectoires circulaires concentriques afin d'explorer et de couvrir le domaine d'intérêt. En se déplaçant constamment, les capteurs exécutent la tâche de découverte de l'environnement et, en ajustant la vitesse de déplacement, ils répondent aux contraintes de la couverture et la connectivité avec la station de base. L'algorithme installé sur tous les capteurs mobiles est distribué et introduit une nouvelle technique de calcul de la vitesse en fonction des informations disponibles à partir des capteurs dans le voisinage à un-saut. Ces algorithmes de déploiement de robots mobiles ont prouvé leur faisabilité à travers de nom- breuses simulations ainsi que dans la mise en pratique en s'appuyant sur l'intergiciel proposé.

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Verrascina, Nicola. "Design of ULP circuits for Harvesting applications." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0115/document.

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Abstract:

La très faible consommation dans les appareilles modernesest le facteur-clé pour les capteurs alimentée par une source d’énergierécupérée. La réduction du budget de puissance peut être atteinte grâceà différents techniques lié à trois niveaux d’abstraction : transistor, circuitet système. L’objet de cette thèse est l’analyse et la conception descircuits à très faible consommation pour des réseaux des capteurs sansfils. A’ régulateur de tension et an émetteur RF ont été examiné. Lepremier est le circuit principal pour la gestion de puissance ; il agitcomme interface entre le transducteur et les autres circuits du capteur.L’metteur est le circuit que exiges le plus de puissance pour fonctionner,donc une réduction de sa puissance il permet une augmentation de lavie opérationnelle du capteur
In the modern devices Ultra-low power consumption is thesurvival key for the energy-harvested sensor node. The reduction of thepower budget can be achieved by mixing different low–power techniquesat three levels of abstraction: transistor level, circuit level and systemlevel. This thesis deals with the analysis and the design of Ultra-LowPower (ULP) circuits suitable for Energy-Harvesting Wireless SensorNetworks (EHWSN). In particular, voltage regulator and RF transmissioncircuits are examined. The former is the main block in powermanagement unit; it interfaces the transducer circuit with the rest of thesensor node. The latter is the most energy hungry block and thusdecreasing its power consumption can drastically increases the sensoron-time

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Benzerbadj, Ali. "Approche inter-couches pour l'économie d'énergie et la fiabilité dans les Réseaux de Capteurs Sans Fil dédiés aux Applications Critiques de Surveillance." Thesis, Brest, 2018. http://www.theses.fr/2018BRES0034/document.

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Abstract:

Les Réseaux de Capteurs Sans Fil (RCSFs) constituent une classe particulière des réseaux Ad hoc, faisant l'objet de recherches intensives. Ils sont considérés comme un outil très puissant pour connecter le monde physique et le monde numérique. Ils se composent d'un grand nombre de noeuds capteurs dotés de ressources limitées en termes d'énergie, de portée de capture et de communication, de vitesse de traitement et de capacité de stockage. Ils sont déployés dans un environnement intérieur ou extérieur, et ce dans de nombreux domaines d'application tels que l'armée, l'environnement, la santé, la maison et l'agriculture. La rareté des ressources des noeuds capteurs et la non fiabilité des liaisons sans fil motivent la plupart des problématiques dans le domaine des RCSFs, à savoir l'énergie, la couverture, la connectivité, le routage, la tolérance aux pannes et la sécurité. L'objectif de cette thèse est de proposer un protocole de surveillance inter-couches, à efficacité énergétique et fiable, pour la surveillance des zones sensibles clôturées, tel qu'un site pétrolier ou nucléaire, utilisant les réseaux de capteurs sans fil avec un cycle d'activité, et avec prise en compte des liens asymétriques dus au phénomène de l'irrégularité de la radio. Initialement, le protocole proposé identifie les noeuds de bordure du RCSF pour les utiliser comme nœuds sentinelles, c.-à-d., des noeuds qui sont toujours dans un état actif. Les noeuds restants sont utilisés en tant que noeuds relais avec un cycle d'activité, pendant la phase de routage des alertes vers le noeud puits. Le processus d'identification des noeuds de bordure ainsi que le routage des alertes, sont assurés par le protocole Greedy Perimeter Stateless Routing through Symmetrical Links (GPSR-SL) qui est une version améliorée du protocole GPSR, reposant sur un graphe de connectivité représenté sous forme de disques non-unité (N-UDG). Le protocole de surveillance inter-couches proposé a été implémenté et ses performances ont été évaluées en utilisant l'environnement de simulation OMNeT++/Castalia. Les résultats de performance montrent que ce protocole permet d'obtenir un ratio de livraison de paquets plus élevé d'environ 3.63%, une efficacité énergétique et une latence satisfaisante par rapport au même protocole basé sur le GPSR original
Wireless Sensor Networks (WSNs) are a special class of Ad hoc networks, which are under intensive research.They are considered as a very powerful tool to connect the physical and the digital worlds. They consist of a largenumber of sensor nodes that are characterized with limited resources in terms of energy, range of sensing and communication, processing speed and storage capacity.They are deployed in an indoor or outdoor environment in many application domains such as army, environment, health, home and agriculture. The scarcity of sensor node resources and the unreliability of wireless links drive most of the research issues in the field of WSNs, namely energy, coverage, connectivity, routing, fault tolerance and security. The aim of this thesis is to propose an energyefficient and reliable cross-layer surveillance protocol for sensitive fenced areas, such as oil or nuclear sites, using duty-cycled WSNs with asymmetrical links due to the radio irregularity phenomenon. Initially, the proposed protocol identifies the boundary nodes of the deployedWSN, to be used as sentinel nodes, i.e., nodes that are always in an active state. The remaining nodes are usedas duty-cycled relay nodes during the routing phase to relay alerts towards the sink. The boundary nodes identification process and alert routing are both performed using an enhanced version of the Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) protocol, referred to as GPSR over Symmetrical Links (GPSR-SL) and which relies on a Non Unit Disk Graph (N-UDG). The proposed cross-layer surveillance protocol has been implemented and its performance has been evaluated under the OMNeT++/Castalia simulation environment. Performance results show that this protocol achieves higher Packet Delivery Ratio by up to 3.63%, energy .efficiency and satisfactory latency when compared to the same protocol based on the original GPSR

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Teles, Hermeto Rodrigo. "Standard improvements and predictable performance for industrial Internet of things in indoor deployments." Thesis, Strasbourg, 2019. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2019/Teles-Hermeto_Rodrigo_2019_ED269.pdf.

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Abstract:

Les réseaux industriels sont utilisés pour surveiller les processus liés à la sécurité, où une fiabilité élevée et des délais prévisibles doivent être assurés. Pour cette raison, la norme IEEE 802.15.4-2015 a été publiée en 2016, en définissant le mode TSCH (Time-Slotted Channel Hopping). TSCH permet l’ordonnancement des transmissions où chaque noeud dispose de ressources dédiées pour communiquer en évitant les collisions. De plus, le mécanisme de saut de canal permet aux noeuds d’atténuer les effets des interférences externes. Toutefois, les pertes de paquets continuent à se produire en raison de variations de radio. L’objectif de ce travail est d’améliorer la fiabilité des réseaux sans fil dans les environnements intérieurs, où les obstacles et les interférences externes sont la règle. Nous nous concentrons principalement sur la recherche expérimentale pour identifier les limites et dans quelles circonstances ces réseaux ne parviennent pas à fournir une performance prévisible
Industrial networks are typically used to monitor safety-related processes, where high reliability and an upper-bounded delay must be ensured. To attend these requirements, IEEE 802.15.4-2015 standard was published in 2016, defining the Time-Slotted Channel Hopping (TSCH) mode. TSCH allows the scheduling of transmissions, such that each device has enough opportunities for communicating while avoiding collisions. In addition, slow-channel hopping mechanism allows the nodes to combat the effect of external interference. Although TSCH increases the reliability, packet losses keep on occurring due to variations on the radioconditions, very common in indoor environments. The goal of this work is to improve the reliability of low-power wireless networks in indoor scenarios, where obstacles and external interference are the rule. We focus mostly on experimental research to identify the limits and in which circumstances these networks fail at providing a predictable performance

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Marcireau, Alexandre. "Vision par ordinateur évènementielle couleur : cadriciel, prototype et applications." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS248.

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Abstract:

L'ingénierie neuromorphique aborde de manière bio-inspirée le design des capteurs et ordinateurs. Elle prône l'imitation du vivant à l'échelle du transistor, afin de rivaliser avec la robustesse et la faible consommation des systèmes biologiques. Les caméras évènementielles ont vu le jour dans ce cadre. Elles possèdent des pixels indépendants qui détectent de manière asynchrone les changements dans leur champ visuel, avec une grande précision temporelle. Ces propriétés étant mal exploitées par les algorithmes usuels de vision par ordinateur, un nouveau paradigme encourageant de petits calculs à chaque évènement a été développé. Cette approche témoigne d'un potentiel à la fois pour la vision par ordinateur et en tant que modèle biologique. Cette thèse explore la vision par ordinateur évènementielle, afin de mieux comprendre notre système visuel et identifier des applications. Nous approchons le problème par la couleur, un aspect peu exploré des capteurs évènementiels. Nous présentons un cadriciel supportant les évènements couleur, ainsi que deux dispositifs expérimentaux l'utilisant : une caméra couleur évènementielle et un système pour la psychophysique visuelle destiné à l'étude du temps précis dans le cerveau. Nous considérons l'application du capteur couleur à la méthode de génie génétique Brainbow, et présentons un modèle mathématique de cette dernière
Neuromorphic engineering is a bio-inspired approach to sensors and computers design. It aims to mimic biological systems down to the transistor level, to match their unparalleled robustness and power efficiency. In this context, event-based vision sensors have been developed. Unlike conventional cameras, they feature independent pixels which asynchronously generate an output upon detecting changes in their field of view, with high temporal precision. These properties are not leveraged by conventional computer vision algorithms, thus a new paradigm has been devised. It advocates short calculations performed on each event to mimic the brain, and shows promise both for computer vision and as a model of biological vision. This thesis explores event-based computer vision to improve our understanding of visual perception and identify potential applications. We approach the issue through color, a mostly unexplored aspect of event-based sensors. We introduce a framework supporting color events, as well as two experimental devices leveraging it: a three-chip event-based camera performing absolute color measurements, and a visual psychophysics setup to study the role of precise-timing in the brain. We explore the possibility to apply the color sensor to the genetic engineering Brainbow method, and present a new mathematical model for the latter

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Maréchal, Baptiste. "Microsystèmes inertiels vibrants pour applications spatiales : apport des fonctions numériques." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT265/document.

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Abstract:

L’Onera développe des capteurs inertiels MEMS vibrants avec des performances qui peuvent intéresser des applications spatiales. Les électroniques analogiques traditionnellement associées ne sont à priori pas limitantes par rapport aux performances physiques des capteurs. En revanche, elles se montrent encombrantes, non reconfigurables, et ne délivrent pas les grandeurs mesurées sous forme numérique à l’ordinateur de bord. En outre,dans le cadre d’une utilisation spatiale, elles sont sujettes à dépendance et à obsolescence :le remplacement d’un composant implique une nouvelle qualification.Cette thèse propose une nouvelle architecture numérique générique, limitant au maximum les composants analogiques nécessaires. Les travaux portent principalement sur deux capteurs développés par l’Onera : l’accéléromètre à lame vibrante VIA et le gyromètre vibrant à effet Coriolis VIG, mais sont justement transposables à d’autres familles. Une première fonction clé identifiée est la datation d’évènements pour la mesure de fréquence et de phase, une seconde concerne la synthèse numérique directe de fréquence pour le pilotage de résonateurs, et une troisième traite la génération de signaux sinusoïdaux purs à partir des trains binaires délivrés par le système numérique. Ces fonctions sont réalisées sous forme de périphériques numériques autour d’un processeur embarqué, le tout synthétisé sur composant programmable FPGA. Le manuscrit débute par un rappel des lois physiques et des technologies de mesure inertielle, suivi d’une revue des oscillateurs, analogiques et numériques, afin de déterminer l’architecture numérique souhaitée. Le chapitre suivant aborde de façon théorique les fonctions numériques envisagées, et en détermine les éléments de performance. La mise en oeuvre de ces fonctions et les premiers résultats expérimentaux sont ensuite présentés d’abord au niveau de la fonction seule, et enfin dans une architecture complète incluant le capteur et le logiciel embarqué, pour fournir de vraies mesures inertielles. Ces résultats encouragent le déploiement d’électronique numérique dans les prochaines générations de capteurs
Onera has been developing vibrating inertial MEMS sensors with performances good enough for space uses. Associated conventional analog electronics are not limiting the physical performances of the sensors. They are, however, bulky, not reconfigurable, and do not deliver digital measurements to the on-board computer. Furthermore, when used for space applications, they have to cope with dependency and obsolescence requiring a new qualification when any part is changed.This thesis offers a new digital generic architecture with as few analog parts as possible. Work has been focused on two sensors developed by Onera: the VIA, a vibrating beam accelerometer, and the VIG, a Coriolis vibrating gyro, but can address other sensors. A first digital function identified is event timestamping for frequency and phase measurements; a second key function is the direct digital synthesis of the oscillating sensors driving signal; the third one generates pure sine signals from binary sequences output from the digital platform. These function are implemented as peripherals of an embedded processor on a FPGA.This dissertation firstly reminds physical laws and technologies of inertial measurements, followed by a quick review of oscillators, analog and digital, in order to introduce the chosen digital architecture. A following chapter studies the theory of the digital functions considered and identifies their performances. Afterwards, realisations and first experimental results are exposed, at a function level first, at a global level then, with the sensor and the embedded software to provide real inertial readings. The results gathered boost the idea of deploying digital electronics in future sensor releases

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Guzzo, Natale. "Facing the real challenges in wireless sensor network-based applications : an adaptative cross-layer self-organization WSN protocol." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10190.

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Abstract:

Le réseau de capteurs sans fil (WSN) est un des protagonistes contribuant à l’évolution et au développement de l’Internet des objets (IoT). Plusieurs cas d’usage peuvent être trouvés dans les différents domaines comme l’industrie du transport maritime où le fret conteneurisé compte environ pour 60% du commerce mondial. Dans ce contexte, la société TRAXENS a développé un dispositif radio alimenté par batterie appelé TRAX-BOX et conçu pour être fixé aux containeurs dans l’objectif de les traquer et les surveiller tout au long de la chaine logistique. Dans cette thèse, je vais présenter une nouvelle pile protocolaire WSN appelée TRAX-NET et conçue pour permettre aux TRAX-BOX de s’auto-organiser dans un réseau sans fil et coopérer pour délivrer les données acquises au serveur TRAXENS d’une façon énergiquement efficiente. Les résultats des simulations et des tests sur le terrain montrent que TRAX-NET est bien optimisé pour les différents scenarios pour lesquels il a été développé et satisfait les exigences de l’application concernée mieux que les autres solutions étudiées dans la littérature. TRAX-NET est une solution complète et adaptée au suivi des conteneurs de fret de par le monde
Wireless Sensor Networks (WSN) is one of the protagonists contributing to the evolution and the development of the Internet of Things (IoT). Several use cases can be found today in the different fields of the modern technology including the container shipping industry where containerized cargo accounts for about 60 percent of all world seaborne trade. In this context, TRAXENS developed a battery-powered device named TRAX-BOX designed to be attached to the freight containers in order to track and monitor the shipping goods along the whole supply chain. In this thesis, we present a new energy-efficient self-organizing WSN protocol stack named TRAX-NET designed to allow the TRAX-BOX devices to cooperate to deliver the sensed data to the TRAXENS platform.The results of simulations and field tests show that TRAX-NET well perform in the different scenarios in which it is supposed to operate and better fulfil the requirements of the assumed application in comparison with the existing schemes

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Lauzier, Matthieu. "Conception et validation de plateformes de communication autour du corps humain, à l'échelle de l'individu et du groupe." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0027/document.

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Abstract:

Depuis plusieurs années, bénéficiant de nombreuses évolutions technologiques, le domaine de l'instrumentation sans fil a conquis de nouveaux champs d'application, comme le suivi de paramètres physiologiques des personnes, par le développement des réseaux de capteurs sans fil autour du corps humain (BAN, pour Body Area Networks). Majoritairement orienté vers le domaine médical et l'amélioration des conditions de vie des patients, ce type de plate-forme s'est plus récemment étendu à d'autres activités, notamment aux loisirs et au sport. Selon le contexte applicatif, les hypothèses et les contraintes liées à ces réseaux peuvent être très variées, c'est pourquoi le développement de mécanismes de communication adaptés est nécessaire. Au cours de mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la réalisation de plate-formes de collecte de données pour des applications sportives en situation de mobilité. Dans une première partie est abordée la collecte d'informations individuelles, pour laquelle nous présentons une preuve de concept en contexte sportif, avant d'apporter des éléments complémentaires à la modélisation des canaux des BAN et aux stratégies de communication pour la collecte individuelle. Ensuite, nous abordons la réflexion sur la collecte d'informations dans les réseaux denses et mobiles, en proposant des algorithmes distribués basés sur le consensus permettant d'identifier des groupes de façon dynamique, à petite et large échelle. Des réalisations pratiques à chaque étape de mes travaux de thèse permettent la validation des plate-formes développées, grâce à un ensemble conséquent de données collectées sur le terrain. L'analyse des données fournit également des éléments pour mieux caractériser les communications, notamment à large échelle, ce qui ouvre de nombreuses pistes quant à de futurs travaux. De plus, si un fort contexte applicatif est présent dans ces travaux, les méthodes d'analyse et les algorithmes développés sont valorisables et extensibles à d'autres domaines
The technological evolutions which have taken place for the last decades allowed the emergence of new application fields, such as the wireless monitoring of physiological parameters collected on the human body, with the development of Wireless Body Area Networks (WBANs, or BANs). Mostly dedicated to the medical domain and the improvement of the patients' comfort and safety, this kind of platforms more recently extended to other kinds of activities, such as sports and leisures. According to the applicative context, the hypotheses and constraints associated to these networks can vary drastically, yielding the necessity of developing adapted communication mechanisms. The works presented in this thesis have focused on the realization of data collection platforms for mobile sports applications. In a first part, we concentrate on the individual data collection, for which we give a proof of concept in the context of a Marathon race, before aiming at a better understanding of individual channel models and cooperative mechanisms for on-body data centralization. In a second part, we are interested in dense and mobile networks consisting in an important number of coexisting BANs. Our aim is to propose distributed algorithms based on consensus to allow dynamic group detection, with a variable scale. The validation of the approaches developed in this document is performed by practical implementations and experiments at each step of this work, thanks to an important amount of real world collected data. Through extended analyzes, we provide elements allowing to characterize the communication within mobile BANs, and particularly large scale networks. Although guided by the strong applicative context of live TV broadcast, these works and analysis methods don't lose in generality, and this challenging and original context opens a lot of perspectives

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Rault, Tifenn. "Energy-efficiency in wireless sensor networks." Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2228/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous avons proposé des solutions originales et performantes pour l’économie d’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Ces contributions s'organisent autour de deux grands axes : les réseaux de capteurs génériques et les réseaux de capteurs sans fil dédiés aux applications santé. Dans un premier temps, nous avons réalisé un état-de-l’art des mécanismes d'économie d’énergie pour les RCSF. Nous avons ensuite proposé deux solutions originales : la première optimise le déplacement d’une station de base, ainsi que la façon dont les données sont stockées dans les capteurs et routées vers le puit mobile ; la seconde optimise le déploiement de chargeurs mobiles, qui une fois dans le réseau permettent de satisfaire la demande en énergie des nœuds via la transmission d’énergie sans fil sur plusieurs sauts. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux applications des RCSF pour la supervision de patients à distance. Nous avons introduit une nouvelle classification des techniques économes en énergie adaptées à la spécificité de ces applications santé. Nous avons ensuite proposé une nouvelle architecture pour la supervision de patient à distance à l’aide de capteurs sans fil qui permet de prolonger la durée de vie des capteurs et de la station de base. Cette solution prend en compte l’environnement du patient et l’hétérogénéité des appareils. Nos résultats montrent que la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil peut être étendue en utilisant les différentes stratégies proposées. L’efficacité de ces approches a été confirmée à l’aide de nombreuses expérimentations numériques et simulations
In this thesis, we propose new strategies for energy conservation in wireless sensor networks, so that the operational time of these networks can be extended. The work can be divided into two main focus area, namely general wireless sensor networks, and healthcareoriented wearable sensor networks. In the first part of this thesis we provide a comprehensive survey of the existing energy-efficient mechanisms. Then, we propose two new solutions: the first one optimizes the displacement of a mobile base station as well as buffer usage and data routing at sensor nodes; the second one optimizes the deployment of wireless chargers in the network to satisfy the energy demand of the sensors. The second part of this thesis is dedicated to healthcare application where wearable sensors are used to remotely supervise a patient. We begin with a state-of-the-art of the energy-efficient techniques existing in the literature. We then introduce a new energy-efficient architecture that allows to optimize the lifetime of both the sensor and the base station. This is a context-aware solution that takes into consideration heterogeneous devices. Our results show that the lifetime of the sensor networks can be extended using the proposed strategies. All the results obtained are supported by numerical experiments and extensive simulations

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Kadura, Lina. "Études de nouvelles architectures de composants intégrés sensibles à la lumière en filière FDSOI pour les applications de type imageur." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT031.

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Abstract:

Un nouveau type de capteur de lumière appelé FDPix, composé d'un transistor (1T) par pixel, est étudié. Il consiste à co-intégrer un transistor FDSOI (silicium sur isolant entièrement déserté) avec une photodiode pour permettre la détection de la lumière par polarisation arrière optique. Les charges photogénérées dans la diode induisent un décalage de tension de seuil (VT) sous illumination, appelé LIVS. Le LIVS est dû au couplage capacitif entre les grilles avant et arrière du transistor FDSOI et représente la métrique de performance clé à extraire et à optimiser. Dans ce travail, le comportement du dispositif en régimes continu et transitoire a été étudié et modélisé de manière approfondie. Bien qu’ils ne se limitent pas à ce nœud, tous les dispositifs testés ont été fabriqués en technologie FDSOI 28nm. Au moyen de simulations TCAD et de caractérisations électro-optiques, les paramètres du dispositif, tels que le facteur de couplage (BF) et le profil de la jonction, ont été optimisés pour améliorer ses performances. Il a été constaté que le FDPix est en fait un capteur à double réponse. Il présente une réponse linéaire aux intensités lumineuses faible qui se traduit par une sensibilité élevée, ainsi qu'une réponse logarithmique aux intensités élevées assurant une grande plage dynamique (DR) supérieure à 120 dB. Un modèle dédié a été développé et implémenté en environnement SPICE pour la conception de circuits. Ainsi, des nouveaux pixels, analogiques et numériques, ont été conçus, fabriqués et testés. Les résultats obtenus et présentés dans ce travail montrent le réel potentiel d’implémentation du FDPix dans des capteurs de lumière intelligents, ultra compacts, et de faible consommation, destinés aux applications More-than-Moore
A new type of light sensor called FDPix, composed of one transistor (1T) per pixel is investigated. It consists in co-integrating an FDSOI (Fully-Depleted Silicon-On-Insulator) transistor with a photodiode to enable light sensing through optical back biasing. The absorption of photons and resulting photogenerated charges in the diode will result in a Light Induced VT Shift (LIVS). The LIVS is due to a capacitive coupling between the front and back gate of the FDSOI transistor and represents the key performance metric to be extracted and optimized. In this work, the device behavior in dc and transient domains was thoroughly investigated and modeled. Although not limited to this node, all the devices tested were fabricated using 28nm node FDSOI technology. By means of TCAD simulations and opto-electrical characterization, the device parameters such as Body Factor (BF) and junction profile were optimized to improve its performance. It was found that the FDPix is in fact a dual response sensor. It exhibits a linear response at low light intensity which results in high sensitivity, and a logarithmic response at higher intensities that ensures a high dynamic range (DR) of more than 120dB. The dedicated developed model is implemented in SPICE environment for circuit design. New pixel circuit in analog and digital domain, based on the FDPix were designed, fabricated, and tested. The results obtained and presented in this work, shows the potential of using the FDPix sensor for smart, highly embedded, low power image sensors for More-than-Moore applications

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Yazbek, Abdul Karim. "Les codes à métrique de rang et leurs applications dans les réseaux Smart Grid." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0091/document.

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Abstract:

Cette thèse a pour cadre les transmissions sur les réseaux CPL-BE et les réseaux de capteurs à faible capacité. L'état de l'art classique sur la protection de l'information dans la transmission par réseaux de capteurs fait référence à l'utilisation de codage distribué où les relais implémentent des opérations de parité (mélange des flux) sur les data issues des capteurs. Cependant, il est difficile, de par la nature variable de la qualité des liens en liaisons sans fil, de contrôler la qualité du codeur équivalent construit et de maintenir ses performances au cours du temps. C'est pourquoi nous nous sommes orientés dans cette thèse vers la recherche de schémas de codage différents qui résistent mieux à la variation de qualité des liaisons à travers le réseau. Notre choix s'est porté sur le codage par sous-espace inspiré des travaux de Gabidulin. Le but est de former un code qui utilise une métrique simple et résistante pour sécuriser les transmissions sur le réseau. Les codes à métrique de rang répondent bien à ce besoin car il n'y a qu'à contrôler le rang de la matrice obtenue en réception pour vérifier l'intégrité de la transmission. Les codes à métrique de rang et leur algorithme de décodage ont été étudiés dans un premier temps. Puis, les performances du code LRPC proposé concaténé avec les codes convolutifs sont testées dans des schémas de transmission des contextes différents
This thesis considers the context of transmissions on CPL-BE networks and low-capacity sensor networks. The state of the art on information protection intransmission by sensor networks refers to the use of distributed coding, where therelays implement parity operations (mixing of streams) on data transmitted by thesensors. However, due to the varying nature of the quality of the wireless links, it is difficult to control the quality of the equivalent encoder constructed and to maintain its performance over time. Therefore, in this thesis, we have focused on the search for different coding schemes that are better resist the variation in the quality of the links across the network. Our choice was based on the sub-space coding inspired by Gabidulin's work. The goal is to form a code that uses a simple and resistant metric to secure transmission across the network. Rank metric codes respond well to this need because it only has to control the rank of the matrix obtained in reception to verify the integrity of the transmission. The rank metric codes and their decoding algorithm were studied in a first step. Then, the performance of the proposed LRPC code concatenated with the convolutional codes is tested in transmission schemes of different contexts

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Rivera, Martinez Rodrigo Andres. "Validation and deployment of greenhouse gas sensors (CH4) for the characterization of industrial and urban sources." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASJ020.

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Abstract:

Cette thèse a pour objectif la reconstruction des concentrations de méthane (CH4) atmosphérique à partir des signaux bruts (tension électrique) de capteurs d'oxyde de métal (MOS) à bas coût afin de surveiller les émissions de CH4 sur des sites industriels. Notre stratégie se base essentiellement sur la colocalisation des mesures des capteurs à bas coût avec des instruments de référence de haute précision. Les données de concentration de CH4 des instruments de haute précision sont utilisées comme variable cible pour être reconstruites à partir des mesures brutes de tension électrique issue des capteurs MOS et d'autres prédicteurs. La reconstruction est accomplie avec des modèles d'apprentissage automatique et paramétriques. Il est appliqué aux problèmes très complexes dont la reconstruction des : 1) faibles variations de CH4 dans l'air ambiant du laboratoire, 2) variations rapides et de grandes amplitudes de CH4 sous forme de pics générés artificiellement sur un bac d'essai en laboratoire reproduisant des signaux typiquement observés lors de fuites réelles sur le terrain, et 3) variations rapides et de grandes amplitudes de CH4 mesurées sur le terrain durant une expérience de largage contrôlé de CH4 dans l'atmosphère. La première expérience de laboratoire a révélé une forte influence de la vapeur d'eau sur les mesures des capteurs MOS, ainsi que les bonnes performances du modèle de perceptron multicouches (MLP) pour reconstruire le signal CH4 à partir du signal brut du capteur (Chapitre 2). Les résultats de la deuxième expérience (Chapitre 3) ont montré l'importance du choix du type de capteur pour reconstruire le signal de concentration CH4 avec une précision de 1 ppm (RMSE). Nous avons ainsi mis en avant que les capteurs TGS 2611-C00 ont permis une reconstruction plus précise des pics de CH4 que les capteurs TGS 2611-E00. Une stratégie parcimonieuse d'apprentissage du modèle nous a permis de restreindre l'ensemble des données nécessaires à l'apprentissage de 70% à 25% des données totales sans dégradation des performances pour la reconstruction de pics de CH4. Les performances sur les estimations des flux d'émissions de CH4 lors des largages contrôlés dans l'atmosphère en utilisant les concentrations de CH4 reconstruites à partir des mesures issus des capteurs MOS et une inversion avec un modèle gaussien (Chapitre 4) ont été similaires à celles obtenues à partir des données des instruments de référence à haute précision, avec une erreur moyenne d'estimation des flux d'émission de 25% sur 11 largages et une erreur moyenne de localisation des sources d'émission de 9.5 m. Les résultats de cette thèse constituent une base pour explorer les techniques avancées d'apprentissage automatique pour la reconstruction du signal de concentrations de CH4 à partir du signal brut des capteurs MOS et étudier les informations requises par les modèles d'inversion afin d'offrir les meilleures estimations des flux d'émission et localisation des fuites de CH4
This PhD aims at reconstructing atmospheric CH4 concentrations from voltage signals recorded by low-cost Metal Oxide Sensors (MOS) for the purpose of monitoring CH4 leaks from an industrial facility. Our strategy is based on the collocation of measurements by low-cost sensors and expensive very high accuracy instruments. The CH4 concentrations data from the high accuracy reference instrument are then used as a target variable to be reconstructed using MOS voltage and other predictors. The reconstruction is performed with both machine learning models and parametric models. It is applied to increasingly complex problems, including the reconstruction of: 1) smooth variations of ambient room air CH4 in a laboratory, 2) fast and large variations of CH4 during concentration spikes generated on a test bench in a laboratory with a typical signature similar to that observed for real world leaks, and 3) fast and large variations of CH4 observed in the field during a dedicated controlled release experiment. The first laboratory experiments revealed a high influence of H2O in MOS sensors, and the reconstruction with a Multilayer perceptron model showed good agreement between the references and the reconstructed room air concentrations (Chapter 2). The results of the second experiment (Chapter 3) showed the importance of the selection of the sensor's type in order to produce reconstructions of CH4 concentration with a 1 ppm accuracy (RMSE). We also discovered that the TGS 2611-C00 sensors provided a more accurate reconstruction of CH4 spikes than the TGS 2611-E00 ones. A parsimonious model training strategy allowed us to restrict the training set from 70% to 25% of the data without a degradation in the reconstruction of the CH4 spikes. Emission of controlled releases from reconstructed CH4 concentrations measured by MOS sensors and the inversion of a Gaussian atmospheric model (Chapter 4) were similar to those inverted from high accuracy reference data, with an average emission rate estimation error of 25% over 11 controlled releases and a location error of 9.5 m. The results of this PhD are the basis to explore advanced techniques based on machine learning to produce accurate estimates of CH4 concentrations, and study the information required by inversion modelling that produced best estimates of the emission rate and location of CH4 leaks

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Hanaf, Anas. "Algorithmes distribués de consensus de moyenne et leurs applications dans la détection des trous de couverture dans un réseau de capteurs." Thesis, Reims, 2016. http://www.theses.fr/2016REIMS018/document.

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Abstract:

Les algorithmes distribués de consensus sont des algorithmes itératifs de faible complexité où les nœuds de capteurs voisins interagissent les uns avec les autres pour parvenir à un accord commun sans unité coordinatrice. Comme les nœuds dans un réseau de capteurs sans fil ont une puissance de calcul et une batterie limitées, ces algorithmes distribués doivent parvenir à un consensus en peu de temps et avec peu d’échange de messages. La première partie de cette thèse s’est basée sur l’étude et la comparaison des différents algorithmes de consensus en mode synchrone et asynchrone en termes de vitesse de convergence et taux de communications. La seconde partie de nos travaux concerne l’application de ces algorithmes de consensus au problème de la détection de trous de couverture dans les réseaux de capteurs sans fil.Ce problème de couverture fournit aussi le contexte de la suite de nos travaux. Il se décrit comme étant la façon dont une région d’intérêt est surveillée par des capteurs. Différentes approches géométriques ont été proposées mais elles sont limitées par la nécessité de connaitre exactement la position des capteurs ; or cette information peut ne pas être disponible si les dispositifs de localisation comme par exemple le GPS ne sont pas sur les capteurs. À partir de l’outil mathématique appelé topologie algébrique, nous avons développé un algorithme distribué de détection de trous de couverture qui recherche une fonction harmonique d’un réseau, c’est-à-dire annulant l’opérateur du Laplacien de dimension 1. Cette fonction harmonique est reliée au groupe d’homologie H1 qui recense les trous de couverture. Une fois une fonction harmonique obtenue, la détection des trous se réalise par une simple marche aléatoire dans le réseau
Distributed consensus algorithms are iterative algorithms of low complexity where neighboring sensors interact with each other to reach an agreement without coordinating unit. As the nodes in a wireless sensor network have limited computing power and limited battery, these distributed algorithms must reach a consensus in a short time and with little message exchange. The first part of this thesis is based on the study and comparison of different consensus algorithms synchronously and asynchronously in terms of convergence speed and communication rates. The second part of our work concerns the application of these consensus algorithms to the problem of detecting coverage holes in wireless sensor networks.This coverage problem also provides the context for the continuation of our work. This problem is described as how a region of interest is monitored by sensors. Different geometrical approaches have been proposed but are limited by the need to know exactly the position of the sensors; but this information may not be available if the locating devices such as GPS are not on the sensors. From the mathematical tool called algebraic topology, we have developed a distributed algorithm of coverage hole detection searching a harmonic function of a network, that is to say canceling the operator of the 1-dimensional Laplacian. This harmonic function is connected to the homology group H1 which identifies the coverage holes. Once a harmonic function obtained, detection of the holes is realized by a simple random walk in the network

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Qiu, Wentao. "Study of photonic crystals on thin film lithium niobate for sensing applications - design, fabrication and characterization." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2060/document.

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Abstract:

La lumière est incroyable polyvalente pour mesurer toutes sortes de grandeurs physiques : température, champ électrique, déplacement et déformation, etc. Les capteurs photoniques sont des candidats prometteurs pour les développements de nouvelles générations de capteurs en raison de leurs vertus de sensibilité élevée, une grande gamme dynamique, etc. Les capteurs intégrés et ceux placés en bout de fibre sur une couche mince de niobate de lithium seront ici étudiés en explorant l’électro-optique ainsi que les pyro-électronique afin de concevoir des capteurs de champs et de capteurs de température
Light is incredibly versatile for measuring all kinds of physical quantities :temperature, electric field (E-field), displacement and strain etc. Photonic sensors are promising candidates for the new generation of sensors developments due to their virtues of high sensitivity, large dynamic range and compact size etc. Integrated and on-fiber end photonic sensors on thin film lithium niobate (TFLN) exploring the electro-optic (EO) and pyro-electric effects are studied in this thesis in order to design E-field sensors and temperature sensors (T-sensors). These studies aim to develop sensors with high sensitivity and compact size. To achieve that aim, sensors that are made of photonic crystals (PhC) cavities are studied by sensing the measurand through the resonance wavelength interrogation method. In integrated sensor studies, intensive numerical calculations by PWE method, mode solving technique and FDTD methods are carried out for the design of high light confinement waveguiding structures on TFLN and suitable PhC configurations. Four types of waveguide (WG) structures (ridge WG, strip loaded WG, slot WG and double slot WG) are studied with a large range of geometrical parameters. Among them, slot WG yields the highest confinement factor while strip loaded WG is an easier option for realizations. Bragg grating is designed in slot WG with an ultra compact size (about 0.5µm×0.7µm ×6µm) and is employed to design PhC cavity. A moderate resonance Q of about 300 in F-P like cavity where the mirrors are made of PhC is achieved with ER of about 70% of the transmission. Theoretical minimum E-field sensitivity of this slot Bragg grating structure can be as low as 200 µV/m. On the other hand, Si3N4 strip loaded WG is designed with 2D PhC structure and a low resonance Q of about 100 is achieved. Fabrications of nano-metrical WG such as ridge WG Si3N4 strip loaded are demonstrated. However, the realization of nanometric components on LN presents a big challenge.In the on-fiber end sensor studies, guided resonance, oftentimes referred to as Fano resonance due to its asymmetric lineshape, is studied with different PhC lattice types. A Suzuki phase lattice (SPL) PhC presenting a Fano resonance at the vicinity of 1500 nm has been studied and demonstrated as temperature sensor with sensitivity of 0.77 nm/oC with a size of only 25 µm × 24 µm. In addition, guided resonances on rectangular lattice PhC have been systematically studied through band diagram calculations, 2D-FDTD and 3D- FDTD simulations

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Vallet, Pascal. "Random matrices and applications to statistical signal processing." Thesis, Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1055/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous considérons le problème de la localisation de source dans les grands réseaux de capteurs, quand le nombre d'antennes du réseau et le nombre d'échantillons du signal observé sont grands et du même ordre de grandeur. Nous considérons le cas où les signaux source émis sont déterministes, et nous développons un algorithme de localisation amélioré, basé sur la méthode MUSIC. Pour ce faire, nous montrons de nouveaux résultats concernant la localisation des valeurs propres des grandes matrices aléatoires gaussiennes complexes de type information plus bruit
In this thesis, we consider the problem of source localization in large sensor networks, when the number of antennas of the network and the number of samples of the observed signal are large and of the same order of magnitude. We also consider the case where the source signals are deterministic, and we develop an improved algorithm for source localization, based on the MUSIC method. For this, we fist show new results concerning the position of the eigen values of large information plus noise complex gaussian random matrices

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Mahfoudh, Saoucene. "Energy efficiency in wireless ad hoc and sensor networks : routing, node activity scheduling and cross-layering." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00757251.

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Abstract:

In this thesis, we consider wireless ad hoc and sensor networks where energy matters. Indeed, sensor nodes are characterized by a small size, a low cost, an advanced communication technology, but also a limited amount of energy. This energy can be very expensive, difficult or even impossible to renew. Energy efficient strategies are required in such networks to maximize network lifetime. We distinguish four categories of strategies: 1. Energy efficient routing, 2. Node activity scheduling, 3. Topology control by tuning node transmission power and 4. Reduction of the volume of information transferred. Our contribution deals with energy efficient routing and node activity scheduling. For energy efficient routing, the idea consists in reducing the energy spent in the transmission of a packet from its source to its destination, while avoiding nodes with low residual energy. The solution we propose, called EOLSR, is based on the link state OLSR routing protocol. We show by simulation that this solution outperforms the solution that selects routes minimizing the end-to-end energy consumption, as well as the solution that builds routes based on node residual energy. We then show how we can improve the benefit of energy efficient routing using cross layering. Informa- tion provided by the MAC layer improves the reactivity of the routing protocol and the robustness of routes. Moreover, taking into account the specificities of some applications like data gathering allows the routing protocol to reduce its overhead by maintaining routes only to the sink nodes. Concerning node activity scheduling, since the sleep state is the least power consuming state, our aim is to schedule node state between sleeping and active to minimize energy consumption while ensuring network and application functionalities. We propose a solution, called SERENA, based on node coloring. The idea is to assign a color to each node, while using a small number of colors and ensuring that two nodes with the same color can transmit without interfering. This color is mapped into a slot in which the node can transmit its messages. Consequently, each node is awake during its slot and the slots granted to its one-hop neighbors. It sleeps the remaining time. We show how this algorithm can adapt to different application requirements: broadcast, immediate acknowledgement of unicast transmissions... The impact of each additional requirement is evaluated by simulation. An originality of this work lies in taking into account real wireless propagation conditions. Color conflicts are then possible. A cross-layering approach with the MAC layer is used to solve these conflicts. We also show how cross-layering with the application layer can improve the coloring per- formance for data gathering applications. This work has been done for the ANR OCARI project whose aim is to design and implement a wireless sensor network for applications in harsh environments such as power plants and war- ships. The network layer including SERENA and EOLSR has been specified and is now under implementation.

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Mahfoudh, Saoucene. "Energy efficiency in wireless ad hoc and sensor networks : routing, node activity scheduling and cross-layering." Phd thesis, Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066071.

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Abstract:

Résumé Dans les réseaux ad hoc et les réseaux de capteurs, certains nœuds disposent d’une autonomie d’énergie limitée. Il s’avère alors très important de gérer efficacement cette énergie afin de maximiser la durée de vie du réseau. Nous avons classé les solutions en 4 classes : 1) contrôle de topologie, 2) routage économe en énergie, 3) ordonnancement de l’activité des nœuds et 4) réduction du volume des donnée transférées. Notre contribution consiste en un routage économe en énergie nommé EOLSR et un ordonnancement de l’activité des nœuds nommé SERENA. EOLSR consiste à calculer la route qui minimise l’énergie consommée de bout-en-bout tout en équilibrant l’énergie résiduelle des nœuds. Des simulations ont monté qu’EOLSR offre de meilleures performances que le protocole qui minimise l’énergie consommée de bout-en-bout ainsi que le protocole qui construit les routes ayant le plus d’énergie résiduelle. SERENA, augmente la durée de vie du réseau en permettant aux nœuds de dormir. SERENA se base sur un algorithme de coloriage et un algorithme d’assignation des slots. SERENA est une solution générique capable de s’adapter aux contraintes de l’application. Les simulations ont montré que SERENA apporte un gain. Nous avons ensuite étendu SERENA pour prendre en compte les contraintes d’un environnement sans fil comme la perte des messages, l’existence des liens unidirectionnels, la mobilité… Le cross-layering est exploité pour améliorer les performances de SERENA et EOLSR en utilisant les informations fournies par la couche application et la couche MAC. EOLSR et SERENA sont implémentés dans le projet ANR OCARI centré sur les réseaux de capteurs en environnement sans fil.

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Demigha, Oualid. "Energy Conservation for Collaborative Applications in Wireless Sensor Networks." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0058/document.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs sans fil est une technologie nouvelle dont les applications s'étendent sur plusieurs domaines: militaire, scientifique, médicale, industriel, etc. La collaboration entre les noeuds capteurs, caractérisés par des capacités minimales en termes de capture, de transmission, de traitement et d'énergie, est une nécessité pour réaliser des tâches aussi complexes que la collecte des données, le pistage des objets mobiles, la surveillance des zones sensibles, etc. La contrainte matérielle sur le développement des ressources énergétiques des noeuds capteurs est persistante. D'où la nécessité de l'optimisation logicielle dans les différentes couches de la pile protocolaire et du système d'exploitation des noeuds. Dans cette thèse, nous approchons le problème d'optimisation d'énergie pour les applications collaboratives via les méthodes de sélection des capteurs basées sur la prédiction et la corrélation des données issues du réseau lui-même. Nous élaborons plusieurs méthodes pour conserver les ressources énergétiques du réseau en utilisant la prédiction comme un moyen pour anticiper les actions des noeuds et leurs rôles afin de minimiser le nombre des noeuds impliqués dans la tâche en question. Nous prenons l'application de pistage d'objets mobiles comme un cas d'étude. Ceci, après avoir dresser un état de l'art des différentes méthodes et approches récentes utilisées dans ce contexte. Nous formalisons le problème à l'aide d'un programme linéaire à variables binaires dans le but de trouver une solution générale exacte. Nous modélisons ainsi le problème de minimisation de la consommation d'énergie des réseaux de capteurs sans fil, déployé pour des applications de collecte de données soumis à la contrainte de précision de données, appelé EMDP. Nous montrons que ce problème est NP-Complet. D'où la nécessité de solutions heuristiques. Comme solution approchée, nous proposons un algorithme de clustering dynamique, appelé CORAD, qui adapte la topologie du réseau à la dynamique des données capturées afin d'optimiser la consommation d'énergie en exploitant la corrélation qui pourrait exister entre les noeuds. Toutes ces méthodes ont été implémentées et testées via des simulations afin de montrer leur efficacité
Wireless Sensor Networks is an emerging technology enabled by the recent advances in Micro-Electro-Mechanical Systems, that led to design tiny wireless sensor nodes characterized by small capacities of sensing, data processing and communication. To accomplish complex tasks such as target tracking, data collection and zone surveillance, these nodes need to collaborate between each others to overcome the lack of battery capacity. Since the development of the batteries hardware is very slow, the optimization effort should be inevitably focused on the software layers of the protocol stack of the nodes and their operating systems. In this thesis, we investigated the energy problem in the context of collaborative applications and proposed an approach based on node selection using predictions and data correlations, to meet the application requirements in terms of energy-efficiency and quality of data. First, we surveyed almost all the recent approaches proposed in the literature that treat the problem of energy-efficiency of prediction-based target tracking schemes, in order to extract the relevant recommendations. Next, we proposed a dynamic clustering protocol based on an enhanced version of the Distributed Kalman Filter used as a prediction algorithm, to design an energy-efficient target tracking scheme. Our proposed scheme use these predictions to anticipate the actions of the nodes and their roles to minimize their number in the tasks. Based on our findings issued from the simulation data, we generalized our approach to any data collection scheme that uses a geographic-based clustering algorithm. We formulated the problem of energy minimization under data precision constraints using a binary integer linear program to find its exact solution in the general context. We validated the model and proved some of its fundamental properties. Finally and given the complexity of the problem, we proposed and evaluated a heuristic solution consisting of a correlation-based adaptive clustering algorithm for data collection. We showed that, by relaxing some constraints of the problem, our heuristic solution achieves an acceptable level of energy-efficiency while preserving the quality of data

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Chen, Yu-Yin. "Piezoelectric power transducers and its interfacing circuitry on energy harvesting and structural damping applications." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00847336.

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Abstract:

Nowadays with the world oil price soaring, the energy issue is becoming a significant topic and the possibility of harvesting ambient energy receiving much attention. In this dissertation, the main topic surrounds improving the piezoelectric energy harvesting device in several aspects and the final objective is to integrate it with low power consumption device, for example a wireless sensor network (WSN) node to extend the battery lifetime and further supply the energy to device directly. Based on the high mechanical quality factor of the structure, the output power of the piezoelectric energy harvesting device will decrease rapidly when the exciting frequency is out of the resonant frequency range. The tunable resonant frequency technique is proposed to broaden the resonant frequency range and increase the output power effectively. Then this technique is successfully combined with a WSN module to transmit the RF signal. To broaden resonant frequency another method is proposed, based on a bistable vibrating cantilever beam and a switching-type interface circuit (SSHI). It's a new and interesting concept to combine these two techniques. The magnets are used to make mechanical behavior non-linear and increase the output power at non-resonance. The SSHI technique through zero-velocity detection can work well when system is driven in non-linear system. The experimental and simulation results through work-cycles discussion show good performance of combining these two techniques. In the interface circuit design, synchronized switching harvesting on an inductor (SSHI) have been verified a successful technique to increase output power in low-coupling system. In order to make use of the SSHI technique in the real application, the velocity control self-powered SSHI (V-SSHI) system is proposed. Unlike the conventional peak detector technique, the zero-velocity detection is used to make the switching time more accurate. The energy flow is separated into three paths to construct the V-SSHI and the experimental results show good performance. When the system is not low-coupled, the SSHI technique will damp vibration.This technique is called SSDI (synchronized switching damping on an inductor). Based on the self-powered technique and zero-velocity detection used in the V-SSHI, these techniques are further applied in structural damping to construct a self-powered SSDI (SP-SSDI). The major advantage is that it is only necessary to sacrifice a small amount of damping performance to make the system fully self-powered. The theoretical analysis and experiment results of time domain comparison and frequency response testing show the limit and performance of the SP-SSDI technique. The SP-SSDI system is a like a feedback loop system and when the displacement is over the limit the SP-SSDI will effectively damp the vibration.

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Baouche, Mohamed Chakib. "Une solution tolérante aux délais pour des applications de localisation et de traçabilité a posteriori en milieux confinés." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00857206.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'exploitation d'une population nomade afin de colporter des informations dites 'atomiques' de rencontres entre entités fixes ou mobiles pour des applications diverses basées sur la localisation et la traçabilité. Répondre à ces besoins en milieux confinés s'avère un défi, que ce soit dans un contexte industriel, médical ou social. Parmi les solutions existantes, le système GPS (Global Positioning System) offre des résultats encourageants lorsqu'il s'agit de connaître une position en extérieur. Cette solution n'est plus utilisable en intérieur tel que dans une mine par exemple, en raison des caractéristiques du signal fortement perturbées dans ce type de milieu. Le fil directeur de ce travail consiste à proposer un modèle utilisant la technologie des réseaux de capteurs sans fil afin de modéliser et de trouver des solutions à des problématiques allant de la localisation en milieux confinés au suivi et à la reconstitution de trajectoires d'entités mobiles. Les solutions proposées dans cette thématique doivent être tolérantes aux délais. Après avoir présenté les constituants de notre modèle générique de colportage, une instanciation de ce modèle a permis de nous pencher sur un cas de localisation et de traçabilité dans un espace confiné. Les résultats de simulation et d'expérimentation ont montré l'impact de notre mécanisme de colportage sur la qualité de l'information recensée concernant les déplacements et les rencontres des entités mobiles. Outre la proposition d'un modèle générique, la contribution de cette thèse comporte des mécanismes de colportage (et de filtrage) de l'information par des entités mobiles contraintes en taille mémoire.

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Movahedi, Zahra. "A business process approach for application development in wireless sensor and actuator networks." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLL002.

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Abstract:

Les réseaux de capteurs-actuateurs sans fils (WSANs) sont une technologie émergente dans divers domaines d'application tels que la surveillance, le contrôle du trafic, la domotique, etc. La conception et le développement d'applications utilisant ces technologies restent, cependant, une tâche difficile. En effet, la découverte des capteurs et actuateurs pertinents, et leur combinaison de manière appropriée pour atteindre un objectif spécifique n'est pas une tâche facile et nécessite plusieurs compétences détenues par différents acteurs. De plus, les environnements de capteurs/actuateurs sont par nature très dynamiques. En outre, les applications actuelles sont en général étroitement couplées à l'infrastructure sous-jacente, ce qui entrave leur réutilisation et la flexibilité aux changements.Dans cette thèse, nous présentons une approche orientée processus métier et services afin de permettre le développement des applications adaptables. Notre approche découple la logique de l'application et sa mise en œuvre : Un modèle est d'abord spécifié dans la phase de conception, comme un flux d'activités, et est ensuite déployé dans un environnement particulier. Découpler la logique d'une application et sa mise en œuvre permet d'une part d'apporter la réutilisation au niveau d'application et d'autre part d'adapter la même application à différents environnements et situations. Pour aider les concepteurs à spécifier des nouvelles applications WSANs, nous proposons deux méthodes: 1) la réutilisation d'activité et d'orchestration par le biais des flux de données, et 2) la recommandation d'activité par le biais des flux de contrôle. En outre, la même technique de recommandation fournit la tolérance de panne permettant à une application WSAN de s'adapter aux changements dus aux défaillances des capteurs ou/et actuateurs ou à des violations des contraintes. Notre approche a été validée par des cas d'utilisation réalistes mis en œuvre dans le cadre de la plateforme européenne de VITRO et la plate-forme ZODIANET
Wireless Sensor and Actuator Networks (WSANs) is an emergent technology for various application areas such as security and surveillance applications, traffic control, energy control, etc. Designing and developing applications using these technologies remain, however, a challenging task. Indeed, finding the relevant sensors and actuators, and combining them in a proper way in order to achieve a specific goal is not an easy task and requires several skills detained by different stakeholders. Moreover, sensor/actuator environments are inherently highly dynamic. Furthermore, current applications are in general tightly coupled to the underlying infrastructure which hampers their reuse and flexibility to changes.In this thesis, we present a process-oriented and service-based approach for supporting the development of adaptive WSAN applications. Our approach decouples between the application logic and its implementation. A design-time model is first specified, as a flow of activities, which is then deployed in a particular environment. Decoupling the application logic from its implementation enables on one hand to foster the reuse at the application level and on the other hand to adapt the same application to different environments and situations. To assist designers in specifying new WSAN applications, we propose two methods: 1)activity and orchestration reuse through data flows, and 2)activity recommendation through control flows. Moreover, the same recommendation technique enables providing fault-tolerant mechanism enabling a WSAN application to adapt to changes due to sensor failures or constraints violation. Our approach has been validated by realistic use cases that have been implemented in the context of the European project VITRO platform and the Zodianet platform

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Dissertations / Theses on the topic 'Réseaux de capteurs (technologie) – Applications industrielles'

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