Beacon-less mobility assisted energy efficient georouting in energy harvesting actuator and sensor networks

International audienceIn the next years, wireless sensor networks are expected to be more and more widely deployed. In order to increase their performance without increasing nodes' density, a solution is to add some actuators that have the ability to move. However, even actuators rely on batter- ies that are not expected to be replaced. In this paper, we introduce MEGAN (Mobility assisted Energy e cient Georouting in energy har- vesting Actuator and sensor Networks), a beacon-less protocol that uses controlled mobility, and takes account of the energy consumption and the energy harvesting to select next hop. MEGAN aims at prolonging the overall network lifetime rather than reducing the energy consump- tion over a single path. When node s needs to send a message to the sink d, it rst computes the \ideal" position of the forwarder node based on available and needed energy, and then broadcasts this data. Every node within the transmission range of s in the forward direction toward d will start a backo timer. The backo time is based on its available energy and on its distance from the ideal position. The rst node whose backo timer goes o is the forwarder node. This node informs its neighbor- hood and then moves toward the ideal position. If, on its route, it nds a good spot for energy harvesting, it will actually stop its movement and forward the original message by using MEGAN, which will run on all the intermediate nodes until the destination is reached. Simulations show that MEGAN reduces energy consumption up to 50% compared to algorithms where mobility and harvesting capabilities are not exploited

Energy-Efficient Beacon-less Protocol for WSN

International audienceEnergy-efficient communication protocol is a pri- mary design goal for Wireless Sensor Networks (WSNs). Many efforts have been done to save energy: MAC with duty cycle, energy-aware routing protocols, data aggregation schemes, etc. Recently, beacon-less strategies have emerged as new direction to improve considerably the WSN lifetime. However, the main contributions are not suitable to real radio environments be- cause of hole avoiding strategies based on either planarization or explicit neighbor solicitations. We propose PFMAC (Pizza- Forwarding Medium Access Control), which combines beacon- less geo-routing and energy efficient MAC protocol via a cross- layer design to save more energy with higher reliability. PFMAC supports radio interferences, asymmetric radio links, etc. PFMAC supports a greedy forwarding strategy and, a reactive and optimized neighborhood discovery at 2-hop to deal with holes. Intensive simulations are proposed to highlight the behavior and the performance of PFMAC compared to BOSS over BMAC

Optimisation de la capacité et de la consommation énergétique dans les réseaux maillés sans fil

Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu infrastructure, pour interconnecter les stations d accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l augmentation du prix de l énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s inscrivent dans les problématiques d optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s articulent autour de quatre axes. Tout d abord, nous abordons le problème d amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l accès au médium radio se base sur le protocole d accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l existence d un goulot d étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d optimisation intègrent un modèle d interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d énergie. Ensuite, afin d économiser l énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS.Wireless mesh networks (WMN) are a promising solution to support high data rate and increase the capacity provided to users, e.g. for meeting the requirements of mobile multimedia applications. However, the rapid growth of traffic load generated by the terminals is accompanied by an unsustainable increase of energy consumption, which becomes a hot societal and economical challenges. This thesis relates to the problem of the optimization of network capacity and energy consumption of wireless mesh networks. The network capacity is defined as the maximum achievable total traffic in the network per unit time. This thesis is divided into four main parts. First, we address the problem of improvement of the capacity of 802.11 wireless mesh networks. We highlight some insensible properties and deterministic factors of the capacity, while it is directly related to a bottleneck problem. Then, we propose a joint TDMA/CSMA scheduling strategy for solving the bottleneck issue in the network. Second, we focus on broadband wireless mesh networks based on time-frequency resource management. In order to get theoretical bounds on the network performances, we formulate optimization models based on linear programming and column generation algorithm. These models lead to compute an optimal offline configuration which maximizes the network capacity with low energy consumption. A realistic SINR model of the physical layer allows the nodes to perform continuous power control and use a discrete set of data rates. Third, we use the optimization models to provide practical engineering insights on WMN. We briefly study the tradeoff between network capacity and energy consumption using a realistic physical layer and SINR interference model. Finally, we focus on capacity and energy optimization for heterogeneous cellular networks. We develop, first, optimization tools to calculate an optimal configuration of the network that maximizes the network capacity with low energy consumption. We second propose a heuristic algorithm that calculates a scheduling and partial sleeping of base stations in two different strategies, called LAFS and MAFS.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF