<  Back to the Polytechnique Montréal portal

Sélection des nœuds dans les réseaux de capteurs sans fil avec récolte d'énergie

Amina Hentati

Masters thesis (2016)

[img]
Preview
Download (1MB)
Cite this document: Hentati, A. (2016). Sélection des nœuds dans les réseaux de capteurs sans fil avec récolte d'énergie (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/2169/
Show abstract Hide abstract

Abstract

RÉSUMÉ L’utilisation des réseaux de capteurs sans fil avec récolte d’énergie est une technologie de communication sans fil émergente avec une large variété d’applications telles que la surveillance de l’environnement. Maximiser le nombre d’échantillons prélevés par le collecteur de données à partir des capteurs est une approche clé afin de minimiser les incertitudes de mesure pour ces applications. Le système considéré dans le présent mémoire considère le problème de sélection des noeuds dans les réseaux de capteurs sans fil avec récolte d’énergie afin de maximiser le nombre de capteurs sélectionnés dans un scénario de liaison montante sujet aux contraintes de satisfaction d’un seuil de rapport signal sur bruit requis à la réception. Ce réseau se compose d’un ensemble de capteurs récolteurs d’énergie et un collecteur de données non-récolteur d’énergie, équipé de plusieurs antennes et responsable de la réception des données transmises par les capteurs. En utilisant un récepteur par forçage à zéro (ZF), le collecteur de données sélectionne le plus grand nombre de noeuds possible pouvant transmettre afin de maximiser la quantité reçue de l’information, tout en satisfaisant leurs contraintes de qualité de service (QoS) en terme de rapport signal-sur-bruit. Le problème est formulé comme un programme non linéaire en nombres entiers. On a également prouvé la NP-difficulté du problème. Bien que le nombre optimal de capteurs sélectionnés peut être obtenu par la recherche exhaustive, il est difficile de mettre en oeuvre cette approche dans la pratique en raison de sa complexité prohibitive. Ainsi, deux algorithmes heuristiques et efficaces en termes de complexité et performance sont proposés pour résoudre ce problème. Les résultats des simulations montrent les bonnes performances des algorithmes proposés et illustrent leur capacité d’adaptation et d’efficacité dans le contexte de la récolte d’énergie. Une étude d’équité est également réalisée afin d’évaluer l’équité des algorithmes développés et d’améliorer leurs performances sur ce niveau. Les résultats numériques montrent l’efficacité des améliorations d’équité proposées. Mots clés : récolte d’énergie, sélection des noeuds, réseaux de capteurs sans fil, récepteur « zero-forcing », NP-difficulté, équité.----------ABSTRACT The use of energy harvesting wireless sensor networks is an emerging wireless communication technology with a wide range of applications such as environment monitoring. Maximizing the number of samples collected by the sink from sensors is a key approach in order to minimize uncertainties for those applications. The considered system in this work consists of an uplink scenario with energy harvesting sensors communicating with a non-energy harvesting sink, equipped with multiple antennas, receiving data forwarded by the sensors. Using a zero-forcing (ZF) receiver, the data collector (i.e., sink) selects the largest possible set of transmitting sensor nodes to maximize the received quantity of information, while satisfying their signal-to-noise ratio quality of service (QoS) constraints. This work presents efficient and simple energy harvesting node selection algorithms in energy harvesting wireless sensor networks in order to maximize the number of selected sensors. The problem formulated as an integer non-linear program, is proved to be NP-hard. Although the optimal number of sensors can be found by exhaustive search, it is difficult to implement this approach in practice due to its prohibitive complexity. Thus, two low complexity and efficient heuristic algorithms are proposed to perform node selection decisions. Simulation results show the performance of the proposed algorithms and illustrate their adaptability and efficiency in the energy harvesting context. A fairness study is also performed in order to evaluate the fairness of the developed algorithms and improve their performances in this context. The numerical results show the efficiency of the proposed fairness improvements. Index Terms: energy harvesting (EH), node selection, wireless sensor networks, zero-forcing (ZF) receiver, NP-hardness, fairness.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie électrique
Dissertation/thesis director: Jean-François Frigon and Wessam Ajib
Date Deposited: 27 Oct 2016 10:26
Last Modified: 24 Oct 2018 16:12
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/2169/

Statistics

Total downloads

Downloads per month in the last year

Origin of downloads

Repository Staff Only