Analyse du temps d'inter-livraison des mises à jour dans un réseau de capteurs sans fil avec récolte d'énergie utilisant la modulation adaptative

Dans un réseau de capteurs sans fil (RCSF), les ressources énergétiques limitées fournies par les batteries peuvent dégrader sa performance et réduire sa durée de vie. Plusieurs solutions qui visent à diminuer la consommation d'énergie, ont été développées. Cependant, il reste toujours un compromis à faire entre la durée de vie du réseau et la qualité de service offerte. Par conséquent, la récolte d'énergie constitue une technologie prometteuse pour les RCSFs. Elle permet aux noeuds de renouveler leurs ressources énergétiques, à partir d'une source d'énergie ambiante, sans besoin d'intervention pour changer ou recharger les batteries. Toutefois, cette technologie rencontre des défis relatifs au caractère aléatoire de l'arrivée de l'énergie. En effet, vu le caractère aléatoire de cette dernière, il se peut que la communication entre un noeud capteur et le collecteur de données soit suspendue pendant un certain temps. Le but de notre projet est d'explorer l'utilisation de la modulation adaptative pour suivre à l'aspect aléatoire de la récolte d'énergie et des variations du canal sans fil, afin d'assurer la régularité de livraison des données et de garantir que l'information au niveau du collecteur de données soit à jour. Le temps d'inter-livraison est une métrique de délai qui mesure le temps qui sépare deux transmissions successives d'un nœud vers le collecteur de données. Il reflète la régularité des livraisons des données. Dans ce mémoire, on a considéré le problème de minimisation du nombre des événements de violations du temps d'inter-livraison maximal Umax, premièrement pour un système point à point et ensuite pour un système multi-point. Des algorithmes d'ordonnancement ont été développés pour résoudre ce problème. Particulièrement, l'information sur l'état du canal est exploitée afin de déterminer le niveau de modulation adéquat et d'ajuster la puissance de transmission. Les résultats de simulation montrent les bonnes performances des algorithmes proposés. En plus, ils montrent l'amélioration apportée par l'utilisation de la modulation adaptative. Cette dernière s'adapte aux variations du canal ainsi qu'au caractère aléatoire de l'arrivée d'énergie et elle permet d'améliorer l'efficacité énergétique du système et sa performance.

Abstract

The limited energy resources of sensor nodes in WSNs can affect its performance and its lifetime. Many solutions have been proposed to reduce energy consumption of sensor nodes. However, there is always a compromise between the lifetime of the system and its quality of service. Therefore, energy harvesting is a promising solution for WSNs. It allows the node to permanently renew its energy from ambient energy sources, without any need for human intervention. Though, this technology faces some challenges because of the randomness of the energy arrival process. Indeed this randomness can suspend communication between the sensor node and the sink for a while. The aim of this project is to develop an adaptive modulation solution taking into consideration channel and energy harvesting random variations to guarantee a regular data delivery to the sink. Inter-delivery time is a performance metric that measures time between two successive transmissions from a sensor node to the sink. It reflects the regularity of data delivery. In this work, we propose a transmission strategy to minimize the number of violations of the maximum inter-delivery time Umax, for a point to point and a multi-point to point WSN. To solve this problem, we propose scheduling algorithms using adaptive modulation and exploiting the channel state information so as to determine the appropriate modulation level and to adjust the transmit power. Simulation results show the performance of the proposed algorithms and the improvement brought by the adaptive modulation in the energy efficiency and quality of service of the system.