Sujet de Thèse
Réseaux de capteurs prédictifs à économie d'énergie intégrant une aide à la décision pour la surveillance fiable et la protection de zone à risque
Mots clefs
Réseaux de capteurs sans fil autonome, nœud à profil complexe, économie d'énergie, cross-layer, réseau adhoc, fiabilité de la communication, capacité du flux et du temps de vie du réseau, localisation, agrégation d’informations, modélisation
comportemental, étude de cas réel.
Profil recherché
• Communication numérique
• Connaissances basic de protocoles des couches PHY/MAC/RESEAU
• Programmation en C, C++, NS2 [10], Omnet ++ [11],
TelosB
[12],TinyOs
[13] et Matlab• Connaissance non requis mais à développer en mathématique algèbre linéaire et non linéaire, en théorie de l’information et du codage
Contexte et objectifs
Un réseau de capteurs est un ensemble coopérant, de nœuds capteurs utilisant des communications sans fil dans le cadre d'un réseau ad-hoc ou mesh. Chaque nœud comporte un capteur lié à une grandeur physique de son environnement direct. Dès lors qu'un nœud détecte un phénomène physique d'intérêt, il produit une donnée qui doit être envoyée par l'intermédiaire de sauts successifs entre nœuds voisins vers un nœud collecteur (puit) ou un nœud quelconque du réseau. Pour un tel fonctionnement, les algorithmes développés dans le cadre des réseaux ad-hoc actuel de type WIFI 802.11a/b/g/n ne peuvent être utilisés, du fait des fortes contraintes des nœuds capteurs :• Ressources de calcul et stockage mémoire limitées
• Stockage énergétique limité, fiabilité de la communication
• Topologie physique et logique du réseau
• Nœud à fonctionnalité complexe de type mesure/routeur/actionneur
• Optimisation de la Qualité de Service (BER, FER, délai, énergie consommée, fiabilité de la transmission)
• Maximisation et prédiction de la durée de vie du réseau Au vu des limites et des contraintes, il est par conséquent intéressant de développer de nouveaux algorithmes permettant au mieux de contrôler un réseau de capteurs pour des applications à risques avec des évènements physiques spontanés ou continus.
Le développement de ces algorithmes statiques [1],[2],[3],[4] ou dynamique
[5],[6],[7],[8],[9],[14],[15],[16] doivent prendre en compte l'évolution temporelle du canal de propagation et les contraintes pré cités pour la surveillance de zones à risque tels que les falaises des cirques, les glissements de terrain, les ravines en cru, le volcan, ... Un bilan énergétique des inter- et intra-opérations des couches OSI
(PHY/MAC/RES) sera effectué pour la mesure de données in situ, sa transmission et sa réception au niveau de chaque nœud. Puis, une loi de généralisation de ce bilan sera fournie afin d'indiquer la longévité d'un tel réseau de capteur.
Le projet vise donc à la modélisation, la simulation puis l'optimisation de modèle prédictif de routage fiable des flux d’ information dans un contexte d’ économie d’
énergie protocolaire, de fiabilité de communication en situation réel. Nous
démontrerons la validité des modèles actuels sur des cas concrets en environnement interne et externe par des prototypes expérimentaux. Ainsi, il est nécessaire de mettre en place une métrique et de le valider expérimentalement sur des mesures de capacité du réseau en fonction de la Qualité de Service. Aussi, une analyse prédictive du comportement temporelle du nœud et du réseau pour une adaptation dynamique du protocole sera effectuée.
Résultats préliminaires attendus sur les verrous technologiques
• Bilan énergétique sur un nœud pour chaque opération dans chaque couche OSI et entre couche OSI.
• Bilan de liaison entre deux nœuds en énergie/nombre de bit transmit/type de canal de propagation
• Prototypage d’un nœud capteur autonome avec un profil complexe de mesure/routeur/actionneur
• Prototypage d’un capteur autonome en alimentation énergétique, en protocole de communication et de routage prédictif à faible consommation et à prise de décision autonome.
Applications régionales et internationales
immédiates
Les résultats obtenus concerne des réseaux de capteurs sans fil pour des environnements perturbés (pollution sonore et chimique en zone urbaine, ...) ou difficile d’accès (surveillance sismique, glissement de terrain, paroi instable, tsunami, ...). Les points durs tiennent ici à prouver la fiabilité de la transmission de l’information, la durée de vie d’un tel réseau et à la gestion énergie/mémoire/flux.Bibliographies
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. [16] Raviraj, P., Sharif, H., Hempel, M., Song, C.: An energy efficient mac approach for mobile wireless sensor networks. In: IEEE International Conference on Computer Systems and Applications, pp. 565–570 (2006).
. Les dossiers de candidature sous forme électronique doivent parvenir
rapidement à nour.murad@univ-reunion.fr pour un début de présélection. Les candidats présélectionnés seront classés après une possible audition avec les porteurs du sujet. La date limite n'est pas encore indiqué et le sera sur le site web de la région Réunion (en général le retrait du dossier officiel est avant la mi-juillet).
. Veuillez transmettre les éléments suivants : . - un CV détaillé
. - une lettre de motivation pour la recherche
. - les relevés de notes et résultats en Licence, M1, M2, ou équivalent (veuillez indiquer votre classement et le nombre d’étudiants de la formation)
. - lettre(s) de recommandation
