Evaluación de estrategias de comunicación selectiva para redes de sensores inalámbricos

Las redes de sensores inalámbricos son en la actualidad una de las tecnologías más prometedoras, debido a la multitud de aplicaciones en las que pueden tener utilidad. Se encuentran, por ejemplo, despliegues para medidas medioambientales, que pueden ayudar a prevenir o mitigar los daños producidos por desastres naturales, o soluciones a nivel industrial, para controles de producción o monitorización de estado de maquinarias y estructuras, previniendo así accidentes y minimizando costes para las empresas. La capacidad inalámbrica de los sensores permite situarlos en lugares a los que no se puede acceder con cables. En los casos en los que los dispositivos pasan a funcionar sin suministro eléctrico, su vida útil queda asociada directamente al uso que den de sus baterías portátiles. Dadas las graves consecuencias que podrían surgir a raíz de un fallo en la llegada de los datos tomados por los sensores de la red, no es de extrañar que en la literatura se encuentren numerosas técnicas para optimizar el uso de las baterías de los sensores inalámbricos. Entre estas técnicas se encuentran las estrategias de comunicación selectiva, que establecen un umbral de transmisión en función de la importancia del mensaje a transmitir, lo cual evita desperdiciar energía transmitiendo mensajes con poca relevancia. Hay un gran número de parámetros de configuración posibles para una red, y en función de ellos las estrategias de descarte de mensajes pueden ser más o menos eficientes. En este documento se evalúan algunas de ellas en entornos más realistas, con el objetivo de descubrir las ventajas y desventajas de cada una en distintos escenarios y obtener conclusiones que condicionen o faciliten su uso en aplicaciones reales. Partiendo de estimaciones y cálculos teóricos, se llevan a cabo simulaciones de alto nivel aplicadas a redes de complejidad incremental. Se presentan resultados para entornos realistas genéricos, de forma que, independientemente del objetivo final de la aplicación, se pueda prever el comportamiento del despliegue en función de su configuración. __________________________________________________________________________________________________________________________________Wireless sensor networks are nowadays one of the most promising technologies, due to the great number of applications where they can be useful. There are, for instance, deployments for environmental measurements, that can help to prevent or mitigate damages produced by natural disasters, or industrial level solutions, aimed to control production or monitoring the state of machines and structures, avoiding this way accidents and minimizing costs for business. The wireless feature of the sensors allows placing them where wires present a lot of difficulties to be deployed. In cases that the devices work without external power supply, their useful life becomes associated directly to the use they do to the portable batteries. Regarding the severe consequences that can rise from a failure at the measured data transmission, it is not surprising to find a lot of techniques aimed to optimize the use of batteries of wireless sensors. Among these techniques are the selective communications strategies, which establish a transmission threshold in function of the importance of the message that needs to be transmitted, which avoid wasting energy transmitting messages with low relevance. There are a lot of configuration parameters for a network, and in function of them the message discard strategies can be more or less efficient. In this document some of them are assessed at more realistic environments, with the aim of discovering the advantages and disadvantages of each one at different scenarios and obtain conclusions that condition or ease their use at real applications. Taking as basis the theoretical estimations and calculus, several high level simulations are applied to incremental complexity networks. Some results are presented for generic realistic environments, meaning that independently of the final target of the application, it could be foreseen the behavior of the deployment in terms of it configuration.Ingeniería de Telecomunicació

La gestion de la qualité de service temps-réel dans les réseaux de capteurs sans fil

In the last years, Wireless Sensor Networks ‘WSN’ knew a tremendous evolution which attracted many applications. WSN has several characteristics that make it a unique research field, such as, WSN nodes’ constraints and the unreliable (lossy) wireless communication. The IEEE 802.15.4 standard is the first standard designed for this type of networks known as LR-WPANs ‘Low-Rate Wireless Personal Area Network’. The energy conservation mechanism proposed by the current standard is quite efficient and very flexible. This flexibility comes from the ability to configure different duty cycles to meet specific applications’ requirements. However, this mechanism has a considerable impact on the end-to-end delay. Our approach resolves the energy/delay trade-off by avoiding the storage of the real-time data in the coordinator during sleep time, more particularly in Multi-source Multi-sink networks. A new superframe structure is adopted and a deterministic reception scheduling is used. In this thesis, we also proposed a new WPAN model for the Network Simulator 3 ‘NS-3’.Le monde des réseaux de capteurs sans fil ‘RCSF’ a connu de grands progrès au cours de ces dernières années. Ainsi, les RCSF ont pu intégrer divers champs d’application (environnement, militaire, médecine, domotique ...) dont quelques-uns ayant des exigences en termes de qualité de service ‘QdS’. Cependant, la garantie de la QdS dans un RCSF pose des problèmes de recherche non triviaux, à cause de la nature peu fiable de la communication sans fil et des limitations des ressources des nœuds RCSF (processeur, mémoire, énergie ...). Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur les protocoles MAC afin d’améliorer le support de QdS dans les RCSF. Plus particulièrement, le standard IEEE 802.15.4. Les mécanismes de conservation d’énergie proposés par ce standard sont efficaces et présentent une flexibilité par rapport aux besoins des applications. Néanmoins, le temps de sommeil des nœuds affecte considérablement le délai de communication, donnant naissance à un compromis énergie/délai. Pour résoudre ce problème, nous avons amélioré ce standard pour un meilleur support des applications temps-réel. L’approche proposée permet de réduire le délai de communication de manière significative, même pour de faibles rapports cycliques, grâce au nouveau format de la supertrame. Les performances ont été validées par simulation et sur des plateformes de nœuds RCSF réelles. Nous avons proposé également un modèle de simulation pour le standard IEEE 802.15.4 sous le simulateur NS-3