Algorithmes d’optimisation inter-couches pour les réseaux de capteurs sans fil multimédia utilisant la technologie Ultra Wide Band

Cross-layer optimization algorithms for Wireless Multimedia Sensor Networks using Ultra Wide Band technology

• Auteur / Autrice : Asma Ben Abdallah
• Direction : Michel Terré, Fethi Tlili, Ali Dziri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique, électronique, photonique et systèmes. Radiocommunications
• Date : Soutenance le 17/03/2021
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec École supérieure des communications de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris) - Centre d’étude et De Recherche en Informatique et Communication / CEDRIC
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire en Architecture Electronique, Traitement du signal, Image et Télécommunications pour l'Industrie et les futures Applications (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Maria Trocan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amin Zribi, Hichem Besbes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Iyad Dayoub, Azza Ouled Zaid

Mots clés

Mots clés contrôlés

IEEE 802.15.4 (norme)

Capteurs (technologie)

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

IEEE 802.15.3c

Les réseaux de capteurs sans fil multimédia

Ultra Large Bande

IoT

UWB

JPEG

SPIHT

H.264/AVC

Qualité de service (QoS)

IEEE 802.15.3c

Wireless multimedia sensor networks

Ultra Wide Band

IoT

UWB

JPEG

SPIHT

H.264/AVC

Quality of service (QoS)

Résumé

Un réseau de capteurs sans fil (RCSF) ou bien Wireless Sensor Network (WSN) est l’ensemble d’éléments appelés micro-capteurs capable de collecter des données et les transmettre via des liens sans fil. Avec le développement des éléments hardware comme les caméras CMOS, l’intégration des contenus multimédia est devenue possible dans les RCSFs la chose qui a conduit au développement des Réseaux de Capteurs Sans Fil Multimédia (RCSFMs) connu aussi sous le nom de Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). Les RCSFMs nécessitent généralement des liaisons sans fil à courte portée et à hauts débits qui supportent la transmission des contenus multimédia comme des images et des vidéos dans des environnements internes, ce qui justifie l’usage de la technologie de transmission sans fil Ultra Wide Band (UWB) et plus précisément le standard IEEE 802.15.3c dans nos travaux de recherche, et pour assurer la bonne transmission des contenus multimédia (images/vidéos) avec une certaine qualité de service à travers le système UWB IEEE 802.15.3c, des codeurs de sources robustes et efficaces ont été bien choisi (JPEG et SPIHT pour les images et H.264/AVC pour les vidéos). Nos contributions dans ce manuscrit se focalisent sur l’amélioration de la qualité de service (QoS), en premier lieu pour le cas de transmission d’images, et ce par l’application de diverses techniques adaptatives y compris la protection inégale de données UEP au niveau du codeur canal et les modulations hiérarchique, hybride, OFDM adaptative au niveau du modulateur. En deuxième lieu, et pour le cas d’une source vidéo, toutes les techniques citées précedemment ont été appliquées afin d’améliorer la qualité de vidéos reçues au côté recepteur. De plus, nous avons agit sur le choix de la taille du GOP (Group of Pictures) dans le codeur H.264/AVC pour montrer l’influence de la taille de GOP lors de la transmission d’une vidéo sur la propagation d’erreurs produites par le canal multi-trajets perturbé. L’originalité de cette thèse porte à proposer des techniques performantes pour l’amélioration de la qualité de transmission des flux compressés multimédia à travers un système UWB IEEE 802.15.3c plus spécifiquement, le mode de couche physique Audio Visuel à haut débit (AV HRP) tout en gardant une bonne QoS et minimisant le rapport débit distortion et d’exploiter les caractéristiques des RCSFMs qui sont largement utilisés pour déployer des services dans des applications multimédias IoT.

Wireless Sensor Network (WSN) is the set of elements called micro-sensors able to collect data and transmit it via wireless links. In recent years and with the development of hardware elements such as CMOS cameras, the integration of multimedia content has become possible in the WSNs, that leds to the development of Wireless Multimedia Sensor Network (WMSN). The WMSNs requires short-range and high-speed wireless links that support the transmission of multimedia contents such as images and videos in indoor environments, which justifies the use of Ultra Wide Band (UWB) wireless transmission technology, more precisely the IEEE 802.15.3c standard. In order to ensure a better image/video transmission with a certain quality of service over UWB IEEE 802.15.3c system, many robust and efficient source encoders are used on our research work like JPEG and SPIHT for image transmission and H.264/AVC for video transmission. Our contributions in this manuscript focus on improving the quality of service (QoS), firstly for the case of image transmission by the application of various adaptive techniques including unequal error protection UEP at the channel encoder side and hierarchical modulation, hybrid modulation and adaptive OFDM modulation at the modulator side. Secondly, and for the case of video transmission, all the techniques previously mentioned have been applied to improve the quality of transmitted videos at the receiver side. In addition, we acted on the choice of the size of the GOP (Group of Pictures) at H.264 /AVC encoder to show the influence of the GOP size during the video transmission on the errors propagation produced by the noisy multi-path channel. The originality of this thesis is to propose effective techniques for the improvement of transmitted multimedia contents quality through UWB IEEE 802.15.3c system, more precisely the audio visual high rate physical layer mode (AV HRP) while keeping a good QoS and minimizing the rate distortion ratio and exploit the characteristics of WMSNs which are widely used to deploy services in IoT multimedia applications.