Gestion de la mobilité dans les réseaux de capteurs sans fil

Mobility management in sensor networks

• Auteur / Autrice : Sarra Messai
• Direction : Hamida Seba Lagraa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 24/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université Ferhat Abbas (Sétif, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadjet Kamel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamida Seba Lagraa, Samra Boulfekhar, Mohand Saïd Hacid, Fouzi Semchedine, Abdelkamel Tari
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cong-Duc Pham, Yacine Challal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique mobile

Économies d'énergie

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Réseaux de capteurs sans fil

Gestion de la mobilité

Conservation d'énergie

Wireless sensor networks

Mobility management

Energy saving

Résumé

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) envahissent de plus en plus notre vie. A l'ère de l'Internet des objets, ils sont utilisés dans les domaines nécessitant l'observation du monde physique et la collecte de données. Toutefois, beaucoup d'obstacles inhérents aux spécificités des RCSFs doivent être surmontés avant de pouvoir atteindre la maturité de cette technologie. Parmi ces entraves, la limitation des ressources telles que l'énergie, la puissance de calcul, la bande passante et l'espace mémoire des capteurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la gestion de la mobilité comme solution permettant d'améliorer les performances du réseau en termes de consommation d'énergie et d'optimisation de la collecte de données. Un réseau de capteurs sans fil mobile est un réseau dans lequel au moins la station de base est mobile. Nous nous sommes tout d'abord intéressés au cas où seule la station de base est mobile. Dans ce cadre, nous avons proposé une organisation du réseau de capteurs qui tire parti de la mobilité de la station de base pour optimiser la collecte de données tout en réduisant l'énergie dissipée par les capteurs. L'organisation proposée s'appuie sur une architecture en grille et un algorithme optimisé de déplacement de la station de base pour visiter les cellules de la grille et collecter les données. Nous avons implémenté notre solution dans l'environnement de simulation NS-2. Les résultats de simulation obtenus montrent nettement l'amélioration apportée par rapport aux autres approches de l'état de l'art. Nous nous sommes ensuite intéressés au cas où la mobilité est totale, autrement dit, tous les nœuds du réseau peuvent se déplacer. Dans ce cas, nous avons travaillé sur la problématique de la gestion de clés cryptographiques dans les RCSFs pour assurer la sécurité de la collecte de données. Dans ce cadre, nous avons proposé un schéma de gestion de de clés cryptographiques basé sur la distribution aléatoire de clés. Notre solution a la particularité d'assurer l'auto-guérison (self-healing ) du réseau en cas de compromission de nœuds. Nous avons évalué et implémenté notre solution et nous l'avons comparée avec deux autres solutions de référence pour montrer son efficacité

Wireless Sensor Networks (WSNs) are increasingly invading our lives. With the rise of Internet of Things (IoT), WSNs are used in applications that require observation of the physical world and data collection. However, many obstacles inherent to the specificities of WSNs must be overcome before reaching the maturity of this technology. Among these obstacles, the resource limitations such as energy, computing capability, bandwidth and storage capability of sensor nodes. In this thesis, we focus on mobility management as a solution to improve network performance in terms of energy consumption and optimization of data collection. A mobile wireless sensor network is a network in which at least the base station is mobile.We first looked at the case where only the base station is mobile. In this context, we proposed a network organization that leverages base station mobility to optimize data collection while reducing the dissipated energy by sensor nodes. The proposed organization is based on a grid architecture and an optimized base station mobility algorithm for collecting data. We implemented our solution in the NS-2 simulation environment. The obtained simulation results show clearly the improvement of our proposal compared to other existing approaches. Then we looked at the case where the mobility is total, in other words, each sensor node in the network can be mobile. In this case, we worked on the issue of key management to ensure the security of data collection. In this context, we proposed a new key management scheme based on the random key pre-distribution. Our solution has the particularity of ensuring the self-healing of the network where sensor nodes are compromised. We evaluated and implemented our solution and compared it with two other reference schemes to show its effectiveness