Minimisation de la consommation et gestion de l’interférence pour des transmissions multi-sauts et coopératives dans les réseaux de capteurs

Consumption minimization and interference management for multi-hop and cooperatives transmissions in wireless sensor networks

• Auteur / Autrice : Jiejia Chen
• Direction : Nathalie Haese-Rolland, Laurent Clavier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microondes, Microtechnologies et Télecommunications
• Date : Soutenance le 17/12/2010
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes radioélectriques -- Propagation

Radio -- Interférence

Communication ultra large bande

Traitement du signal

Modèles mathématiques

Réseaux de capteurs (technologie)

Économies d'énergie

Réseaux locaux sans fil

Mots clés libres

Communication coopérative

Transmissions multi-sauts

Résumé

L’objectif principal de ce travail est dans un premier temps étudier l’impact des caractéristiques matérielles sur la consommation d’une transmission simple ou d’une transmission multi-sauts dans l’application des réseaux de capteurs sans fils. Nous nous intéressons plus spécifiquement aux communications en environnement intra bâtiment avec de courtes distances de transmission. Supposons un réseau comprenant des capteurs très bas coûts mais en grand nombre qui ne peuvent que capter l’information et la transmettre. Une seconde catégorie de capteurs, moins nombreux mais plus performants, sont capables de relayer l’information. Enfin, l’information est destinée à un puits qui peut être plus cher et non contraint énergétiquement. Dans ce cadre, les caractéristiques matérielles pourront évoluer entre les différents nœuds. Nous voulons voir si ces caractéristiques ont un impact sur les stratégies de transmissions multi-sauts. Notre contribution majeure est de montrer que le rendement ou le facteur de bruit des nœuds dans un système hétérogène est un paramètre important pour la sélection d’un nœud et les calculs des gains optimaux du relais. Nous étudions dans un second temps des méthodes de diversité coopérative « decode and forward » et « Amplify and forward » pour l'amélioration des performances dans le contexte de la radio impulsionnelle ultra-large bande. A cause des accès multiples, la distribution de l’interférence n'est pas gaussienne. Nous choisissons le modèle symétrique α-stable qui représente avec précision de la nature impulsive grâce à sa distribution à queue lourde. La propriété de stabilité nous permet ensuite une étude analytique des transmissions multi sauts et coopératives. Nous analysons la probabilité d’erreur dont nous obtenons des expressions semi-analytiques. Finalement, nous proposons un critère de la sélection du relais en fonction de l’effet des interférences.

The main objective of this work is firstly to study the impact of material characteristics on the consumption of a direct link or a multi-hop transmission in the wireless sensor networks applications. We specifically investigate the communications environment within the building with short transmission distances. A sensors network with low cost but many who can only capture data and transmit it is assumed. A second kind of sensors, fewer but more powerful, is capable of relaying information. Finally, the information is sent to the gateway that may be more expensive and energy-unconstrained. In this context, the physical characteristics may change between the different nodes. We want to see if these factors have an impact on strategies for multi-hop transmissions. Our major contribution is to show that the efficiency or the noise of the nodes in a heterogeneous system is an important parameter for selecting a node and the calculations of optimal relay gains. We then study methods of cooperative diversity ''decode and forward'' and ''Amplify and forward'' for improved performance in the context of impulse radio ultra-wideband. Due to the multiple access, the distribution of interference is not Gaussian. We choose the symmetric α-stable model that accurately represents the impulsive nature thanks to its heavy-tailed distribution. The stability property then allows us an analytical study of multi-hop transmissions and cooperatives. We analyze the error probability and obtain semi-analytical expressions. Finally, we propose a criterion for selecting the optimal relay based on the effect of interference.