Soutenance mémoire
Les Réseaux de Capteurs sans Fil
Types des réseaux de capteurs sans fil
Selon (Pardeep & Vinay, 2015), cinq types de réseaux de capteurs sans fil sont définis en fonction de l’endroit et de la manière avec laquelle les capteurs sont installés pour assurer la surveillance. Selon ces propriétés de déploiement des capteurs, les WSNs sont classés dans cinq types de base, à savoir : terrestres, souterrains, aquatiques, multimédia et mobiles.
Les WSNs terrestres
Les WSNs terrestres sont généralement constitués d’un nombre important des capteurs sans fil déployés de façon aléatoire dans un champ de capture donné. Dans le déploiement ad hoc, les capteurs peuvent être déposés à partir d’un avion et placés aléatoirement dans le champ de capture. Les capteurs doivent être en mesure de communiquer efficacement les données à la station de base.Bien que la source d’énergie des capteurs soit limitée et ne pas être remplaçable ou rechargeable à nouveau, les capteurs terrestres peuvent être équipés d’une source d’énergie secondaire, comme la batterie ou de la cellule solaire. Mais en dépit de cette possibilité, il est toujours important pour les capteurs d’économiser l’énergie. Pour les WSNs terrestres, l’énergie peut être conservée avec un court rayon de transmission, routage multi-saut et l’agrégation des données dans le réseau.Les WSNs terrestres peuvent être utilisés dans différentes applications. (Ankita, 2014) a cité les applications suivantes: militaires, surveillance de l’environnement, sécurité, médicales et industrielles.
Les WSNs souterrains
Les WSNs souterrains sont une collection d’un certain nombre de capteurs placés à l’intérieur de la terre, dans une grotte ou dans une mine. Ils sont utilisés pour surveiller les événements souterrains tels que les conditions volcaniques etc. Un Sink supplémentaire est situé au dessus de la terre pour transmettre des informations entre les capteurs et la station de base. Ce type de WSNs est beaucoup plus cher qu’un WSN terrestre en termes de déploiement, d’équipement et de maintenance. Les capteurs souterrains sont plus chers parce que les pièces d’équipement nécessaires doivent être sélectionnées pour assurer une communication fiable à travers les roches, la terre, l’eau, et autres contenus résidant { l’intérieur de la terre. Les conditions d’environnement interne rendent la communication sans fil un défi en raison des niveaux élevés d’atténuation et de pertes du signal.Contrairement aux WSNs terrestres, le déploiement d’un WSN souterrain nécessite une planification minutieuse et des considérations énergétiques et économiques. L’énergie est une contrainte importante dans les WSNs souterrains. Comme un WSN terrestre, les capteurs souterrains sont équipés d’une source d’énergie limitée (batterie). Une fois déployé, il est difficile de recharger ou remplacer la batterie.Les WSNs souterrains peuvent être utilisés dans différentes applications, telles que : le tremblement de terre et les glissements de terrain, la surveillance de l’environnement, l’entretien des infrastructures et l’entretien des terrains de sport.
Les WSNs aquatiques
Les WSNs aquatiques se composent d’un certain nombre de capteurs et de véhicules déployés à l’intérieur de l’eau. Les capteurs aquatiques sont très coûteux, donc peu de capteurs sont déployés dans la région de surveillance. Des véhicules autonomes sousmarins sont utilisés pour l’exploration ou la collecte des données des capteurs.Par rapport à un déploiement dense de capteurs dans un WSN terrestre, le déploiement dispersé des capteurs est utilisé au niveau de la mer. Les communications sans fil aquatiques sont mises en œuvre par la transmission d’ondes acoustiques. (Mohsin, Sheikh, Manzoor, Felemban, & Qaisar, 2015) présentent les différents types des WSNs aquatiques.Les WSNs aquatiques peuvent être utilisés dans différentes applications, telles que : la surveillance de la pollution ou la surveillance et le contrôle des ressources maritimes.
Les WSNs multimédia
Les WSNs multimédia sont la combinaison d’un certain nombre de capteurs à faible coût équipés de micros et de caméras. Ces capteurs sont reliés entre eux par une connexion sans fil pour la détection et le traitement des données. Les WSNs multimédia sont utilisés pour permettre la surveillance et le suivi des événements sous la forme d’applications multimédia. Ce type de réseau nécessite au préalable un placement optimal des capteurs multimédia dans l’environnement. En effet, les applications des réseaux de capteurs multimédia tout comme certaines autres nécessitent un placement des capteurs qui permet une couverture optimale du champ de capture.Les WSNs multimédia peuvent être utilisés dans différentes applications, telles que : la surveillance du trafic routier, la surveillance des frontières et la détection d’intrusion.
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Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Chapitre I : Introduction Générale
I.1. Problématique
I.2. Objectifs
I.3. Contributions
I.3.1. Déploiement exact et heuristique des WSNs
I.3.2. Déploiement hybride et multiobjectif des WSNs
I.4. Organisation du manuscrit
Chapitre II : Les Réseaux de Capteurs sans Fil
II.1. Introduction
II.2. Définitions
II.2.1. Réseau de capteurs sans fil
II.2.2. Architecture d’un réseau de capteurs sans fil
II.2.3. Composants matériels d’un capteur
II.2.4. Mode de transmission de données
II.3. Caractéristiques des WSNs
II.4. Comparaison entre WSNs et réseaux sans fil traditionnels
II.5. Types des réseaux de capteurs sans fil
II.6. Domaines d’application
II.7. Les Standards de communication des WSNs
II.7.1. IEEE 802.15.4
II.7.2. ZIGBEE
II.7.3. 6LoWPAN
II.7.4. IEEE 802.15.3
II.7.5. Wibree
II.8. Les défis des WSNs
II.8.1. Le déploiement des capteurs
II.8.2. La topologie
II.8.3. La couverture
II.8.4. La k-couverture
II.8.5. La connectivité
II.8.6. L’énergie dans les réseaux de capteurs
II.9. Conclusion
Chapitre III : Stratégies de Déploiement des Capteurs dans les WSNs
III.1. Introduction
III.2. Les méthodes de déploiement
III.2.1. Déploiement aléatoire
III.2.2. Déploiement déterministe
III.2.3. Déploiement hybride
III.3. Objectifs du déploiement
III.4. Les approches de solution pour le déploiement des WSNs
III.4.1. Techniques basées sur le diagramme de Voronoï
III.4.2. Techniques basées sur la programmation linaire en nombres entiers
III.4.3. Techniques basées sur les heuristiques
III.4.4. Techniques bio inspirées
III.5. Classification des stratégies de déploiement par objectif
III.5.1. La couverture
III.5.2. Le coût
III.5.3. La connectivité
III.5.4. La durée de vie
III.5.5. Discussion
III.6. Conclusion
Chapitre IV : Déploiement Exact et Heuristique des Capteurs dans les WSNs
IV.1. Introduction
IV.2. Programmation linéaire en nombres entiers
IV.2.1. La programmation linéaire
IV.2.2. La programmation linéaire en nombres entiers
IV.2.3. Méthodes de résolution approchée
IV.3. La problématique
IV.4. Les approches de déploiement proposées
IV.4.1. L’approche ED3C
IV.4.2. L’approche HD3C
IV.5. Maximisation de la durée de vie
IV.6. Résultats numériques
IV.7. Conclusion
Chapitre V : Déploiement Hybride et Multiobjectif des Capteurs dans les WSNs
V.1. Introduction
V.2. Problème de placement optimal de capteur
V.2.1. Modèle sans contrainte de durée de vie « Lifetime-Unaware Model »
V.2.2. Les modèles avec contrainte de durée de vie
V.3. Approches heuristiques
V.3.1. Fixage séquentiel de couverture à la fois
V.3.2. Fixage séquentiel d’un seul capteur
V.3.3. Fixage séquentiel d’une seule cible
V.4. Résultats et évaluation des performances
V.4.1. Présentation de « IBM ILOG CPLEX Optimization Studio »
V.4.2. Environnement d’expérimentation
V.4.3. Comparaison entre l’approche exacte et les approches heuristiques
V.4.4. Comparaison entre les approches exactes : LUM, PLAM et MLAM
V.4.5. Impact des paramètres du réseau
V.4.6. Impact de la k-couverture
V.5. Conclusion
Chapitre VI : Conclusion Générale et Perspectives
VI.1. Conclusion générale.
VI.2. Perspectives
Conférences et publications internationales
Bibliographie
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