Optimisation énergétique des communications entre objets communicants

Energy optimisation of communication techniques between communicating objects

• Auteur / Autrice : Yue Peng
• Direction : Jean-François Diouris, Guillaume Andrieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Université Nantes-Angers-Le Mans - COMUE (2009-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Kosai Raoof
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Diouris, Guillaume Andrieux, Kosai Raoof, Olivier Berder, Yannis Pousset, Jean-Yves Baudais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Berder, Yannis Pousset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulation (électronique)

Économies d'énergie

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Modulation OOK

Résumé

Les progrès technologiques ont permis le développement d'applications de capteurs sans fil. Les capteurs densément distribués impliquent le plus souvent de faibles débits de données et de faibles portées de transmission. L'efficacité énergétique demeure une contrainte importante pour la conception des réseaux de capteurs sans fil. Pour ces applications, les noeuds sont généralement déployés avec des ressources énergétiques réduites et le remplacement d'une batterie peut être coûteux. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour minimiser la consommation d'énergie dans ces réseaux. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la couche physique et sur la réduction de la consommation d'énergie des méthodes de transmission en utilisant des modulations à faible énergie. Une première étude nous permet de déduire que pour un canal BBAG, le codage à minimum d’énergie basé sur la modulation OOK est efficace énergétiquement, mais au prix d’une efficacité spectrale réduite. Seule la puissance de transmission est considérée et la consommation des circuits électroniques n’est pas prise en compte. Ensuite, des modèles de consommation d'énergie différents sont introduits afin d’obtenir une analyse de l'efficacité énergétique de transmetteurs réalistes. Le fait que le codage à minimum d’énergie améliore l'efficacité énergétique est confirmé et les limites des circuits électroniques pratiques sont mises en évidence. Enfin, le protocole réseau est abordé par l'introduction du protocole de contrôle d'erreurs ARQ. Finalement, l'efficacité énergétique d'une télécommande autonome est améliorée en utilisant la modulation orthogonale OOK et un véritable démonstrateur est présenté.

Technological advances have resulted in the development of wireless sensor applications. The densely distributed sensors, generally used for data gathering, environmental monitoring, industrial automation or surveillance, involve often low data rates and low transmission ranges. Despite the progress in software and hardware technologies, the energy efficiency is still one of the important constraints for the design of Wireless Sensor Network (WSN). For wireless sensor applications, nodes are usually deployed with reduced energy resources and without capability of battery replacement. Several techniques could be used to minimize the energy consumption of WSN. In this thesis we focus the physical layer and we propose to reduce the energy consumption by using low energy coding schemes. Firstly, a study allows us to deduce that in AWGN channel, Minimum-Energy Coding based on OOK modulation is energy efficiency, but at the price of lower spectrum efficiency. Only the transmission power is considered and the consumption of electronic circuits is not taken into account. Then, different energy consumption models are introduced to achieve energy efficiency analysis using realistic devices. The fact that Minimum-Energy coding based on OOK improves the energy efficiency performance is confirmed and the limits of practical circuits are highlighted. At last, the network protocol is addressed by introducing the ARQ error control protocol. Finally, the energy efficiency of an autonomous remote control is improved by using OOK orthogonal modulation and a real demonstrator is realized.