UPThèses

Ce travail de thèse est le fruit d'une collaboration de recherche à travers une convention CIFRE entre le laboratoire XLIM-SIC de l'université de Poitiers et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) de Grenoble. L'objectif principal de cette thèse concerne la conception et l'optimisation énergétique d'un réseau de capteurs sans fil capable de mesurer in-situ, pendant plusieurs années, les performances énergétiques d'un bâtiment (luminosité, acoustique, température ...). Dans ce but, les travaux de recherche se sont principalement portés sur l'optimisation énergétique des communications sans fil du réseau à travers les couches basses du modèle OSI. Sachant que les performances de la couche physique impactent directement l'efficacité des autres couches, l'approche développée a consisté à modéliser de façon réaliste la chaîne de transmission numérique à partir du développement d'un modèle de canal qui tient compte de l'influence des personnes sur la qualité de transmission. Ensuite, à partir de cette modélisation de la couche physique et d'un modèle d'énergie existant, la qualité des liens radio a été évaluée de façon à trouver le meilleur compromis entre la robustesse et l'efficacité énergétique des transmissions radio. Pour étendre notre raisonnement à l'échelle d'un réseau, la suite des travaux s'est portée sur l'étude de la couche MAC. En raison de l'interdépendance des paramètres affectant la consommation, la méthode choisie a consisté à évaluer par une approche "cross-layer" les performances énergétiques de différents protocoles MAC, en prenant en compte l'impact des performances de la couche physique dans l'évaluation. Cette étude a ensuite permis...

Cette thèse traite de l'optimisation des communications dans les réseaux véhiculaires à l'aide d'une plate-forme de simulation réaliste. Un environnement réaliste implique des modèles de mobilité adaptés aux véhicules ainsi que des modèles de couche physique détaillés (modèles de canaux et chaîne de transmission numérique). Notre travail a d'abord consisté à concevoir une plate-forme de simulation réaliste dédiée aux VANETs (Vehicular Ad hoc NETworks). Cette plate-forme a été complétée par un modèle de propagation semi-déterministe que nous avons conçu. L'avantage de ce modèle, appelé UMCRT, est d'avoir un réalisme équivalent à un modèle déterministe tout en réduisant significativement le temps de calcul. Ce modèle a été validé par comparaison avec un simulateur déterministe à tracé de rayons. Nous avons ensuite utilisé cette plate-forme pour évaluer des protocoles de routage. L'efficacité de ces différents protocoles ad hoc testés en conditions réalistes nous a permis de focaliser notre étude sur les protocoles réactifs. De cette évaluation, nous avons retenu AODV (Ad hoc On demand Distance Vector) auquel nous avons notamment appliqué une métrique cross layer pour pallier la baisse de performance induite par le réalisme. Nous avons ensuite utilisé une technique de tuning appliquée à des protocoles réactifs. Finalement, nous avons évalué différentes couches physiques, SISO (Simple Input Simple Output) et MIMO (Multiple Imput Multiple Output). Ces travaux montrent que seules des améliorations combinées à différents niveaux (physique et réseau) permettraient d'apporter une amélioration significative des performances.

Dans les réseaux sans fil ad hoc, les liens de communication sont sujets à un taux d'erreur important. Dans ce contexte, le routage joue un rôle stratégique pour augmenter les performances dans les transmissions. Dans nos études, par une approche cross-layer, nous prenons en compte la fiabilité des liens dans le choix des routes. Pour cela, dans un premier temps, nous construisons deux nouvelles métriques, l'une basée sur le taux d'erreur binaire (au niveau couche physique) et l'autre, plus adaptée à la mesure, sur le nombre de retransmissions (au niveau couche MAC). Ensuite, pour exploiter ces métriques lors du calcul de routes, nous adaptons les algorithmes à la base des protocoles de routage. Les trois familles de protocoles de routage ont été traitées : les protocoles pro-actifs où chaque noeud a une vision globale du réseau grâce aux échanges périodiques de messages de contrôle de topologie ; les protocoles réactifs où, avant de commencer ses transmissions de données, chaque noeud doit initier un processus de recherche de route ; les protocoles hybrides qui mixent les deux approches. Pour tester l'effectivité de nos améliorations, nous utilisons le simulateur NS2 enrichi par un modèle de propagation et un modèle de mobilité réalistes. Les paramètres de performance tels que le délai, le taux de livraison de paquets et la charge de routage sont mesurés dans plusieurs scénarios représentatifs des conditions d'utilisation. Les résultats obtenus montrent une amélioration significative des protocoles standards dans un contexte de qualité de service.