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Garcia, Juliette. Opportunistic data collection and routing in segmented wireless sensor networks

Garcia, Juliette (2020). Opportunistic data collection and routing in segmented wireless sensor networks.

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Résumé en francais

La surveillance régulière des opérations dans les aires de manoeuvre (voies de circulation et pistes) et aires de stationnement d'un aéroport est une tâche cruciale pour son fonctionnement. Les stratégies utilisées à cette fin visent à permettre la mesure des variables environnementales, l'identification des débris (FOD) et l'enregistrement des statistiques d'utilisation de diverses sections de la surface. Selon un groupe de gestionnaires et contrôleurs d'aéroport interrogés, cette surveillance est un privilège des grands aéroports en raison des coûts élevés d'acquisition, d'installation et de maintenance des technologies existantes. Les moyens et petits aéroports se limitent généralement à la surveillance de quelques variables environnementales et des FOD effectuée visuellement par l'homme. Cette dernière activité impose l'arrêt du fonctionnement des pistes pendant l'inspection. Dans cette thèse, nous proposons une solution alternative basée sur les réseaux de capteurs sans fil (WSN) qui, contrairement aux autres méthodes, combinent les propriétés de faible coût d'installation et maintenance, de déploiement rapide, d'évolutivité tout en permettant d'effectuer des mesures sans interférer avec le fonctionnement de l'aéroport. En raison de la superficie d'un aéroport et de la difficulté de placer des capteurs sur des zones de transit, le WSN se composerait d'une collection de sous-réseaux isolés les uns des autres et du puits. Pour gérer cette segmentation, notre proposition s'appuie sur l'utilisation opportuniste des véhicules circulants dans l'aéroport considérés alors comme un type spécial de nœud appelé Mobile Ubiquitous LAN Extension (MULE) chargé de collecter les données des sous-réseaux le long de son trajet et de les transférer vers le puits. L'une des exigences pour le déploiement d'un nouveau système dans un aéroport est qu'il cause peu ou pas d'interruption des opérations régulières. C'est pourquoi l'utilisation d'une approche opportuniste basé sur des MULE est privilégiée dans cette thèse. Par opportuniste, nous nous référons au fait que le rôle de MULE est joué par certains des véhicules déjà existants dans un aéroport et effectuant leurs déplacements normaux. Et certains nœuds des sous- réseaux exploiteront tout moment de contact avec eux pour leur transmettre les données à transférer ensuite au puits. Une caractéristique des MULEs dans notre application est qu'elles ont des trajectoires structurées (suivant les voies de circulation dans l'aéroport), en ayant éventuellement un contact avec l'ensemble des nœuds situés le long de leur trajet (appelés sous-puits). Ceci implique la nécessité de définir une stratégie de routage dans chaque sous-réseau, capable d'acheminer les données collectées des nœuds vers les sous-puits et de répartir les paquets de données entre eux afin que le temps en contact avec la MULE soit utilisé le plus efficacement possible. Dans cette thèse, nous proposons un protocole de routage remplissant ces fonctions. Le protocole proposé est nommé ACME (ACO-based routing protocol for MULE-assisted WSNs). Il est basé sur la technique d'Optimisation par Colonies de Fourmis. ACME permet d'assigner des nœuds à des sous-puits puis de définir les chemins entre eux, en tenant compte de la minimisation de la somme des longueurs de ces chemins, de l'équilibrage de la quantité de paquets stockés par les sous-puits et du nombre total de retransmissions. Le problème est défini comme une tâche d'optimisation multi-objectif qui est résolue de manière distribuée sur la base des actions des nœuds dans un schéma collaboratif. Nous avons développé un environnement de simulation et effectué des campagnes de calculs dans OMNeT++ qui montrent les avantages de notre protocole en termes de performances et sa capacité à s'adapter à une grande variété de topologies de réseaux.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Pirovano, Alain
Royer, Mickaël
Ecole doctorale:Systèmes
laboratoire/Unité de recherche :Ecole Nationale d'Aviation Civile (ENAC)
Mots-clés libres :Protocole de routage - Réseaux de capteurs sans fil - Optimisation - Collection opportuniste
Sujets :Informatique
Déposé le :10 Feb 2021 13:51