Routage multi-sauts pour réseau de capteurs radio cognitifs

Multi-hop routing for cognitive radio sensor network

• Auteur / Autrice : Mohamad Rida Mortada
• Direction : Ali Mansour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications, informatique
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Université : American University of Culture and Education (Beyrouth (Liban))
• Jury : Président / Présidente : Emanuel Rădoi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadège Thirion-Moreau, Abbass Nasser, Koffi-Clément Yao, Amer Baghdadi, Christophe Osswald, Abdel-Ouahab Boudraa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Deville, Denis Hamad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'énergie

Qualité de Service (télécommunications)

Routage (informatique)

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Réseaux ad hoc (informatique)

Radio cognitive

Informatique omniprésente

Réseaux de capteurs (technologie)

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Réseau de capteurs sans fil

Radio cognitive

Clustering

Efficacité du réseau

Protocole de routage multi-sauts

Optimisation

Récupération d'énergie

Wireless sensor network

Cognitive radio

Clustering

Network efficiency

Multi-hop routing protocol

Optimization

Energy harvesting

Résumé

Le réseau de capteurs sans fil (WSN) se compose d'un grand nombre de minuscules dispositifs appelés nœuds, et ces nœuds sont généralement limités en puissance et ils sont déployés de manière aléatoire dans une zone géographique à des fins de surveillance. En raison du grand nombre de nœuds dans le WSN, leur demande en ressources de fréquence devient un véritable défi en raison de la rareté du spectre. La radio cognitive (CR) a été introduite pour améliorer l'efficacité spectrale. La CR classe les utilisateurs entre l'utilisateur principal (PU) qui détient une licence sur une bande passante du spectre et l'utilisateur secondaire (SU), c'est-à-dire un utilisateur opportuniste. L'intégration de CR dans WSN se traduit par un réseau de capteurs radio cognitifs (CRSN). Dans le CRSN, les nœuds se comportent comme des SU. Cependant, l'adoption du CRSN peut être confrontée à plusieurs défis. En effet, les nœuds du réseau peuvent arrêter de transmettre pour éviter toute interférence nuisible pour PU. De plus, la contrainte de consommation d'énergie doit être respectée. D'autres fonctionnalités peuvent être affectées par l'adoption du CRSN, telles que le processus de regroupement et l'agrégation de données dans le réseau, en particulier dans un CRSN basé sur un routage multi-sauts. Dans ce manuscrit, nous abordons les défis du CRSN à différents niveaux. Premièrement, le regroupement des nœuds améliore l'efficacité du réseau. En pratique, le regroupement des nœuds du réseau permet d'économiser de l'énergie lors de la transmission des données. Ainsi, nous étudions le nombre optimal de clusters dans le réseau en fonction de la consommation d'énergie lors de la transmission de données et de la détection du spectre pour prolonger la durée de vie du réseau. Ensuite, nous présentons LIBRO, un nouveau protocole de routage multi-sauts montant basé sur les informations de localisation géographique. LIBRO assure la livraison de paquets de données rectifiés dans des réseaux denses sans connaissance de la topologie ou des nœuds de chemin. Enfin, nous avons utilisé LIBRO et la technique de récupération d'énergie pour prolonger la durée de vie du CRSN. Ainsi, en résolvant un problème d'optimisation joignant la probabilité de collision, la consommation d'énergie, le délai de livraison des paquets et le taux de livraison des paquets, les paramètres appropriés sont trouvés. [Google traduction]

The Wireless Sensor Network (WSN) consists of a large number of tiny devices called nodes, and these nodes are generally limited in power and they are randomly deployed in a geographical area for monitoring purpose. Because of the large number of nodes in the WSN, their demand on the frequency resources becomes a real challenge due to the spectrum scarcity. Cognitive Radio (CR) was introduced to enhance the spectral efficiency. The CR classifies users into the Primary User (PU) that holds a license over a spectrum bandwidth, and the Secondary User (SU), i.e., an opportunistic user. The integration of CR into WSN results in a cognitive radio sensor network (CRSN). In CRSN, the nodes behave as SUs. However,the adoption of CRSN may face several challenges. Indeed, network nodes may stop transmitting to avoid any harmful interference for PU. In addition, energy consumption constraint should be respected. Other features may be impacted by the adoption of CRSN, such as the clustering process and the in-network data aggregation, especially in a multi-hop routing based CRSN. In this manuscript, we tackle the challenges of the CRSN from different levels. Firstly, clustering nodes enhances network efficiency. In practice, grouping the network nodes saves energy during data transmission. Thus, we investigate the optimal number of clusters in the network based on energy consumption during data transmission and spectrum sensing to extend network lifespan. Then, we present LIBRO, a new uplink multi-hop routing protocol based on the geographical location information. LIBRO ensures delivery of rectified data packets in dense networks without knowledge of topology or path nodes. Finally, we used LIBRO and the energy harvesting technique to extend the CRSN's lifespan. Thus, by solving an optimization problem jointing the collision probability, energy consumption, packet delivery delay and packet delivery ratio, the appropriate parameters are found.