Optimisation de la transmission d'images dans les réseaux de capteurs pour des applications critiques de surveillance

L émergence de petites caméras CMOS et de microphones MEMS, à coût et puissance réduits, a contribué au développement d une technologie permettant la transmission de flux multimédia (audio, image, vidéo) : les réseaux de capteurs multimédia. Cette technologie, offrant de nouvelles perspectives d applications potentielles où la collecte d informations visuelles et/ou acoustiques apporte une plus- value certaine, suscite un intérêt manifeste. Avec des données multimédia, la qualité de service devient désormais une exigence fondamentale pour la transmission dans un environnement contraint en ressources. Dans le contexte spécifique de cette thèse, nous considérons un déploiement par voie aérienne d une grande quantité de capteurs image pour des applications critiques de surveillance telles que la détection d intrusion ou des opérations de recherche et sauvetage. La prise en compte de la criticité des applications constitue un aspect important de cette thèse, novateur par rapport aux contributions déjà effectuées dans le domaine. Nos travaux se fondent sur une méthode d ordonnancement adaptatif de l activité des capteurs image qui fournit, pour chacun d entre eux, son ensemble de cover-sets. La détection d un événement dans le réseau déclenche la transmission d une large quantité d informations visuelles, émanant de plusieurs sources pour résoudre les ambiguïtés. L objectif de cette thèse est d optimiser cette transmission simultanée d images causant des désagréments sur le réseau. Nous avons tout d abord proposé une stratégie de sélection des cover-sets pertinents à activer pour une transmission efficace des images capturées. Cette stratégie, basée sur des critères d état et de voisinage, assure un compromis entre autonomie et criticité. Une extension multi-chemin de GPSR assure la remontée des images émises des sources sélectionnées au puits. Une seconde contribution, également une approche de sélection, se fonde sur les informations de chemins à 2 sauts pour la sélection des cover-sets. Contrairement à la précédente, elle accorde une priorité à la criticité par rapport à la préservation de l énergie, même si cette préservation est faite de manière indirecte. Un protocole de routage multi-chemin T-GPSR essentiellement basé sur les informations à 2 sauts est associé à la seconde approche de sélection. Une étude de performances de la mobilité du puits sur les propositions basées sur les informations à 2 sauts constitue notre troisième contribution.Recent advances of inexpensive and low-power CMOS cameras and MEMS mi- crophones have led to the emergence of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). WMSNs promise a wide spectrum of potential applications which require to ubiquitously capture multimedia content (visual and audio information). To support the transmission of multimedia content in a resource constrained environment, WMSNs may require a certain level of quality of service (QoS) in terms of delay, bandwidth, jitter, reliability, quality level etc. In this thesis, we consider Wireless Image Sensor Networks (WISNs) where sensor nodes equipped with miniaturized visual cameras to provide accurate information in various geographical parts of an area of interest can be thrown in mass for mission-critical applications such as intrusion detection or search & rescue. An innovative and important aspect of this thesis is to take into account the criticality of applications. The network adopts an adaptive scheduling of image sensor node s activity based on the application criticality level, where each node computes its cover-sets. So, event detection triggers the simulataneous transmission of a large volume of visual data from multiples sources to the Sink. The main objective of this thesis is to optimize this simultaneous transmission of images that can degrade network performance. With this goal in mind, we first proposed a multi-criteria approach to select the suitable cover-sets to be activated for reliable transmission of images in mission-critical applications. The proposed approach takes into account various parameters that affect the image quality at the Sink in a multi-hop transmission network and guarantees a compromise between autonomy and criticality. A modified version of GPSR routing protocol supporting the transmission of multimedia streams ensures the transfer of images from selected sources to the Sink. The second contribution consists in an optimized selection strategy based on 2-hop neighborhood information to determine the most relevant cover-sets to be activated to increase reliability for image transmission. This selection approach prioritizes the application s criticality. A multipath extension of GPSR, called T-GPSR, wherein routing decisions are based 2-hop neighborhood information is also proposed. A performance study of the sink mobility on proposals based on 2-hop information is our third contribution.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'Internet

Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years. However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models basedon hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top ofthe Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment. Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Throughthe use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux aux topologies aléatoires et au nombre de noeuds limité. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu’un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l’objectif est de construire un système passant à l’échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d’adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d’utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs de l’efficacité et du passage à l’échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu’il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'internet

Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux au topologie aléatoire et au nombre de nœuds limités. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu'un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l'objectif est de construire un système passant à l'échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d'adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d'utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs d'efficacité et de passage à l'échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu'il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs.Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years.However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models based on hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top of the Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment.Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Through the use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Cooperative Data Backup for Mobile Devices

Les dispositifs informatiques mobiles tels que les ordinateurs portables, assistants personnels et téléphones portables sont de plus en plus utilisés. Cependant, bien qu'ils soient utilisés dans des contextes où ils sont sujets à des endommagements, à la perte, voire au vol, peu de mécanismes permettent d'éviter la perte des données qui y sont stockées. Dans cette thèse, nous proposons un service de sauvegarde de données coopératif pour répondre à ce problème. Cette approche tire parti de communications spontanées entre de tels dispositifs, chaque dispositif stockant une partie des données des dispositifs rencontrés. Une étude analytique des gains de cette approche en termes de sûreté de fonctionnement est proposée. Nous étudions également des mécanismes de stockage réparti adaptés. Les problèmes de coopération entre individus mutuellement suspicieux sont également abordés. Enfin, nous décrivons notre mise en oeuvre du service de sauvegarde coopérative. ABSTRACT : Mobile devices such as laptops, PDAs and cell phones are increasingly relied on but are used in contexts that put them at risk of physical damage, loss or theft. However, few mechanisms are available to reduce the risk of losing the data stored on these devices. In this dissertation, we try to address this concern by designing a cooperative backup service for mobile devices. The service leverages encounters and spontaneous interactions among participating devices, such that each device stores data on behalf of other devices. We first provide an analytical evaluation of the dependability gains of the proposed service. Distributed storage mechanisms are explored and evaluated. Security concerns arising from thecooperation among mutually suspicious principals are identified, and core mechanisms are proposed to allow them to be addressed. Finally, we present our prototype implementation of the cooperative backup servic