Qualité de services dans les protocoles de multicast géographique et de routage par permutation dans les réseaux de capteurs sans fil

par Alain Bertrand Bomgni

Thèse de doctorat en Sciences. Informatique

Sous la direction de Jean-Frédéric Myoupo.

Soutenue en 2013

à Amiens .


  • Résumé

    Un réseau de capteur sans fil (en abrégé RCSF) peut être représenté par un graphe, un arbre ou toutes autres structures. La structure est plus ou moins dépendante du problème à résoudre et des contraintes imposées par le RCSF. En effet, dans les RCSFs, la sécurité et la conservation d'énergie sont deux aspects importants et nécessaires à considérer. Particulièrement, la sécurité permet de s'assurer qu'un tel réseau ne sera pas sujet des attaques qui concernent la lecture, la modification et la destruction des informations tandis la conservation de l'énergie permet de prolonger le cycle de vie du réseau tant il est vrai que l'énergie des noeuds capteurs est extrêmement limitée, non rechargeable et non remplaçable. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à deux problèmes: le problème de routage par permutation et le problème de multicast géographique. Une large variété de protocoles de routage par permutation dans un environnement à simple saut est connue dans la littérature. Dans un tel environnement, il y a toujours un lien entre deux noeuds quelconques. Une façon de résoudre ce problème dans un environnement multi-sauts serait de partitionner les noeuds en clusters, où un noeud particulier dans chaque cluster appelé clusterhead sera responsable du routage. Nous avons premièrement proposé un mécanisme de partitionnement hybride pour exécuter le routage par permutation dans un réseau à multi-sauts. Les simulations nous ont montré que cet algorithme est plus efficace que la diffusion naïve dans le réseau. Par la suite, nous avons dérivé un nouveau protocole qui s'exécute avec moins de rondes de diffusion comparé à celui cité ci-dessus. Finalement, nous avons proposé un protocole pour le routage par permutation qui soit sécurisé, tolérant aux pannes avec conservation de l'énergie. Ce protocole repose sur deux principes majeurs. Tout d'abord, nous utilisons une structure de partitionnement hiérarchique hétérogène pour attribuer les rôles les plus importants aux noeuds ayant le plus d'énergie dans l'optique de protéger et de router les données. Par la suite, plusieurs mécanismes basés sur cette structure sont utilisés pour garantir qu'aucune donnée, quelque soit l'état du réseau et des capteurs, ne sera perdue et qu'un paquet allant d'un point A vers un point B arrive toujours en toute sécurité. D'autre part, le géocasting ou le multi-géocasting dans un RCSF est la livraison des paquets de la source à tous les noeuds situés dans une ou plusieurs zones géographiques. L'objectif du protocole de géocasting est la garantie de livraison et le moindre coût de transmission. Les protocoles existants avec garantie de livraison s'exécutent dans un réseau où les noeuds ont déjà un identifiant. Ils sont indiqués pour les réseaux denses ou nécessitent la dérivation d'un graphe planaire du réseau. Ainsi, les noeuds doivent être équipés de matériels pouvant supporter des opérations complexes telles que celles nécessaires pour la construction d'un graphe planaire. Dans notre première solution qui n'exige pas des noeuds de telles capacités, nous considérons un réseau anonyme et dérivons des algorithmes de géocasting et de multi-géocasting avec garantie de livraison et avec une surcharge de réseau moindre que ceux des protocoles existants. Ces protocoles sont souhaitables tant pour les réseaux ayant une distribution irrégulière avec des obstacles que pour les réseaux denses. Dans notre seconde solution, nous avons intégré la conservation d'énergie. En effet, nous avons proposé un protocole efficace de géocasting dans un RCSF avec garantie de livraison des paquets de la source vers tous les noeuds situés dans une ou plusieurs régions géocast.

  • Titre traduit

    Quality of services on geographic multicast and permutation routing protocols in wireless sensor network


  • Résumé

    A wireless sensors network (WSN for short) can be represented as a graph, tree, or other structures. The structure is more or less important depending on the problem that we will deal with and the respect of constraints on WSNs. In fact, in WSNs, security and economy of energy are two important and necessary aspects to consider. Particularly, security helps to ensure that such a network is not subject to attacks that involve reading, modification or destruction of information while economy of energy prolong the network life as the energy supply for sensor nodes is usually extremely limited, non-rechargeable and non-replaceable. In this work, we are interested in two problems : the permutation routing problem on multi-hop WSN and the problem of geocasting. A large variety of permutation routing protocols in a single-hop Network are known in the literature. Since they are single hop, there is always a wireless link connecting two nodes. One way to solve this problem in a multiple hop environment is to partition nodes into clusters, where a node in each cluster called clusterhead is responsible for the routing service. We first propose a hybrid clustering mechanism to perform permutation routing in multi-hop ad hoc Networks. Simulation results show that our algorithm performs better than the naive multiple gossiping. Next, we derive a new protocol that performs with less number of broadcast rounds compared to the one above. Finally, we present a protocol for permutation routing, which is secure, fault tolerant and energy-efficient. The proposed protocol is based on two main principles. First, the use of a heterogeneous hierarchical clustered structure to assign the most important roles to the sensors having the most energy, in order to ensure the protection and routing of data items. Second, the use of multiple processes based on this structure to ensure, regardless of network and sensors status, no data is lost and that a data item from a point A to a point B always arrives safety. In the other hand, Geocasting or Multi-Geocasting in wireless sensor network is the delivery of packets from a source (or sink) to all the nodes located in one or several geographic areas. The objectives of a geocasting (multi-geocasting) protocol are the guarantee of message delivery and low transmission cost. The existing protocols which guarantee delivery run on network in which each node has an ID beforhand. They either are valid only in dense networks or must derive a planar graph from the network topology. Hence the nodes may be adaptated in order to carry out huge operations to make the network planar. In our first solution which does not need node to have such capacity, we consider anonymous networks and derive geocast and multi-geocast algorithms that guarantee delivery and that need less gaps or obstacles and dense networks. In our second solution, we add energy-efficient issues. Effectively, we propose an energy-efficient geocast algorithm for wireless sensor networks with guaranteed delivery of packets from the sink to all nodes located in several geocast regions.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-141 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 141-[146]

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T 51 2013-1

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Université de Lille. Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de Sciences Humaines et Sociales.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2013AMIE0100
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.