Biased Random Walk Model to estimate Routing Performance in Wireless Sensor Networks

International audienceLes réseaux de capteurs sans fils sont constitués d'un grand nombre de noeuds assujettis `à de sévères contraintes en terme d'énergie, de capacité de traitement et de communication. Dans ce contexte, afin de réduire la complexité, un des défis majeurs rencontrés dans ce type de réseau est le calcul des routes et la mise en oeuvre de schémas de routage efficaces tout en minimisant la quantité d'information utilisée sur l' état du système. De nombreux travaux ont ́etudié ce compromis de façon qualitative ou grâce à des simulations. Nous proposons un modèle basé sur la théorie de la marche aléatoire pour estimer analytiquement ce compromis en considérant plus particulièrement l'influence du degré de connaissance de l'état du système que posséde un noeud sur le temps moyen de collecte dans un réseau de capteurs sans fils

Random Walk Based Routing Protocol for Wireless Sensor Networks

International audienceIn recent years, design of wireless sensor networks using methodologies and mechanisms from other disciplines has gained popularity for addressing many networking aspects and providing more flexible and robust algorithms. We address in this paper the problem of random walk to model routing for data gathering in wireless sensor networks. While at first glance, this approach may seem to be overly simplistic and highly inefficient, many encouraging results that prove its comparability with other approaches have been obtained over the years. In this approach, a packet generated from a given sensor node performs a random motion until reaching a sink node where it is collected. The objective of this paper is to give an analytical model to evaluate the performance of the envisioned routing scheme with special attention to two metrics: the mean system data gathering delay and the induced spatial distribution of energy consumption. The main result shows that this approach achieves acceptable performance for applications without too stringent QoS requirements provided that the ratio of sink nodes over the total number of sensor nodes is carefully tuned

On the data delivery delay taken by random walks in wireless sensor networks

International audienceIn recent years, the use of random walk techniques in wireless sensor networks has attracted considerable interest among numerous research efforts. The popularity of this approach is attributed to the natural properties of random walks such as locality, simplicity, low-overhead and inherent robustness. However, throughout the variety of research works that assess the effectiveness of random walk techniques, most results are derived from a qualitative view or by means of simulations. Furthermore, when analytical tools are used, the obtained results often provide bounds on various performance metrics of interest, which may have little consequences for practical applications. Instead, our goal in this paper is to quantify the effectiveness of such techniques based on the derivation of closed-form expressions. In particular, we focus on the data delivery delay taken for the random walk to deliver messages from sensor to sink nodes and study its statistics through closed-form derivations

Evolutionary Games for Multiple Access Control: From Egoism to Altruism

International audienceThis paper studies multiple access games within a large population of mobiles decomposed into several groups. Mobiles interfere with each other through many local interactions. We assume that each mobile (or player) cooperates with its group by taking into account the performance of its group. We parameterize the degree of cooperation which allows to cover the fully non-cooperative behavior, the fully cooperative behavior, and even more, the fully altruistic behavior, all these as special cases of this parameters choice. In this context, we model and study such cases using the theory of evolutionary games which extend to cover this kind of behavior. We define and characterize the equilibrium (called Evolutionary Stable Strategy) for these games and establish the optimal level of cooperation that maximizes the probability of successful transmission and present some optimization issues. We also study the game dynamics both in its classical form and in presence of delays

Random walk in wireless sensor networks

Les réseaux de capteurs sans-fil sont constitués d'un grand nombre de nœuds assujettis à de sévères contraintes en termes d'énergie, de capacité de traitement et de communication. Dans ce contexte, afin de réduire la complexité, un des défis majeurs rencontrés dans ce type de réseaux est le calcul des routes et la mise en œuvre de schémas de routage efficaces tout en minimisant la quantité d'information utilisée sur l'état du système. Face à ces contraintes, les protocoles de routage traditionnels ne sont plus adéquats vue leur forte consommation d'énergie ainsi que leur complexité. Un nouveau paradigme de routage est alors nécessaire où la conservation d'énergie, et par conséquent la prolongation de la durée de vie du réseau, sont les facteurs clés dans le choix de nouvelles solutions de routage. De nombreux travaux ont proposé des techniques de routage aléatoires tirant profit du très grand nombre de nœuds capteurs ainsi que de leur forte densité. Ces techniques, basées sur la théorie de la marche aléatoire, considèrent le problème de routage comme étant un déplacement aléatoire d'un paquet de données d'un nœud à un autre. La décision de routage est alors localement prise sans maintien préalable d'information de routage ni contrôle de topologie. Ce qui permettrait de limiter la complexité du protocole de routage, de réduire la quantité d'information de contrôle requise et de résister aux pannes. Cependant, l'évaluation et l'analyse de performance de ces techniques sont effectuées le plus souvent d'une manière qualitative ou grâce à des simulations. A l'inverse, ce travail a pour objectif la mise en œuvre de méthodes analytiques exploitant les outils théoriques puissants déjà développés en physiques statistiques. Différents modèles de routage utilisés pour la collecte de données dans les réseaux de capteurs sans-fil ont été alors définis. Pour chaque modèle, nous avons calculé analytiquement les principaux métriques de performance en fonction des diffèrent paramètres du modèle. Dans certains cas, nous avons aussi réalisé des simulations pour valider les résultats analytiques.BREST-Télécom Bretagne (290192306) / SudocCESSON SEVIGNE-Télécom Breta (350512301) / SudocRENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Marche aléatoire dans les réseaux de capteurs sans fils

International audienceCe papier présente les premiers éléments théoriques pour lévaluation analytique des performances de la technique de la marche aléatoire utilisée comme une méthode de routage dans les réseaux de capteurs sans-fil. Nous justifions dabord la pertinence de lutilisation de cette technique dans les réseaux de capteurs sans-fils puis nous formulons mathématiquement la problématique associée. Enfin, nous traitons un exemple de calcul des performances dans le cas particuler dun réseau de capteur dédié à la collecte de données

Design and performance of wireless data gathering networks based on unicast random walk routing

International audienceWireless environment monitoring applications with significantly relaxed quality-of-service constraints are emerging. Hence, the possibility to use rough low knowledge routing in sensor networks to reduce hardware resource and software complexity is questionable. Moreover, low lnowledge handling allows better genericity, which is of interest, for instance, for basic operation enabling system set-up. In this framework, this paper revisits stateless unicast random walk routing in wireless sensor networks. Based on random walk theory, original closed-form expressions of the delay, the power consumption and related spatial behaviors are provided according to the scale of the system. Basic properties of such a random routing are discussed. Exploiting its properties, data gathering schemes that fulfill the requirements of the application with rather good energy efficiency are then identifie

Architectural Classification for the Design of Wireless Sensor Networks

National audienceIn the recent years, the diversification of wireless sensor network (WSN) applications has made the design space of such networks very large. This poses numerous challenges to researchers and increasingly great difficulties for designers to make decisions regarding proper technical solutions. As a result, before any design implementation, it is essential that wireless sensor networks be subject to rigorous analysis. This paper provides an original contribution to this analysis by classify-ing wireless sensor network applications with respect to their functional properties. Five distinct general classes of wireless sensor networks are thus derived: body area sensor networks, data collection networks, location-sensing networks, multimedia sensor networks and control-oriented sensor networks. For each class, we give illustrative applications, discuss in detail specific features and characteristics, and describe general architectural functionalities and some of their technical implications such as power consumption, network topology, data delivery model and quality of service. This classification would benefit the WSN research and industrial community and lays a groundwork for further study in the WSN area

Biased random walk model to estimate routing performance in sensor networks

Les réseaux de capteurs sans fils sont constitués d’un grand nombre de nœuds assujettis à de sévères contraintes en terme d’énergie, de capacité de traitement et de communication. Dans ce contexte, afin de réduire la complexité, un des défis majeurs rencontrés dans ce type de réseau est le calcul des routes et la mise en œuvre de schémas de routage efficaces tout en minimisant la quantité d’information utilisée sur l’état du système. De nombreux travaux ont étudié ce compromis de façon qualitative ou grâce à des simulations. Nous proposons un modèle basé sur la théorie de la marche aléatoire pour estimer analytiquement ce compromis en considérant plus particulièrement l’influence du degré de connaissance de l’état du système que possède un noeud sur le temps moyen de collecte dans un réseau de capteurs sans fils