Gestion de la qualité de service et planification optimale de réseaux de capteurs multimédia sans fil

Un RCSF est constitué d'un certain nombre d'entités (capteurs) géographiquement dispersées, de taille réduite, avec une autonomie et une puissance de traitement réduites. Ces dispositifs sont utilisés pour réaliser, de manière indépendante, des tâches comme la surveillance, le contrôle de processus industriel, etc. Les avancées en microélectronique ont conduit à l'émergence des petites caméras (type CMOS) et microphones accessibles. Ces capteurs audio-visuels peuvent être intégrés dans un RCSF pour former des RCMSF. Dans certains types d'applications, comme la surveillance des frontières, un grand nombre de ce type de capteurs est susceptible d'être déployés, sur de vastes terrains. Un volume considérable de flux audio-visuel (en plus des données) doit être transmis au centre de contrôle (le collecteur, ou SINK) pour analyse et prise de décision. Il y a donc un besoin important en termes de bande passante, avec surtout une forte contrainte en termes de délai de transmission et d'autres paramètres de RCSF. Des solutions pour le routage d'information ont été développées pour des RCSF, mais ces protocoles n'ont pas pris en compte la génération à grande échelle des données multimédia, elles sont par conséquent inadaptées aux RCMSF. Les capteurs typiquement sont omnidirectionnels, c'est-à-dire qu'ils sont capables de capter des signaux qui proviennent de toutes les directions autour d'eux. Les capteurs multimédia, en particulier les capteurs de vidéo, sont de type directionnel. Pour ce type de capteurs, l'aire de captage est limitée à un secteur donné d'un plan tridimensionnel. Malheureusement, les modèles mathématiques développés pour le placement des RCMSF conventionnels ne peuvent pas être appliqués dans le cadre de la configuration et de la planification des réseaux de capteurs directionnels. De nouveaux modèles d'optimisation sont donc nécessaires pour la capture des principaux paramètres caractérisant les capteurs directionnels. Dans cette thèse, nous abordons donc les problèmes clés suivants: le routage des données hétérogènes (scalaires et multimédia) pour les nœuds d'un RCMSF afin d'assurer une meilleure QdS aux usagers; et le déploiement optimisé de capteurs directionnels d'un RCMSF dans un espace tridimensionnel dont le but est couvrir un ensemble de points d'intérêts définis dans tel espace. Notre thèse se compose de trois articles scientifiques, chacun traitant d'une problématique bien spécifique. Le premier article traite du problème du routage d'information pour les RCMSF basé sur la QdS. Nous proposons un nouveau protocole, AntSensNet, basé sur l'heuristique de la colonie de fourmis, qui utilise plusieurs métriques de QdS pour trouver de bonnes routes pour les données multimédia et l'information scalaire. Dans la pratique, le protocole établit d'abord une structure hiérarchique sur le réseau avant de choisir les chemins appropriés pour répondre aux diverses exigences de QdS des différents types de trafic qui circulent dans le réseau. Ceci permet de maximiser l'utilisation des ressources du réseau, tout en améliorant la performance de la transmission de l'information. En outre, AntSensNet est capable d'utiliser un mécanisme efficace d'ordonnancement de paquets et de multiples chemins afin d'obtenir la distorsion minimale au moment où une application fait la transmission de la vidéo dans le réseau. Dans le deuxième article nous continuons avec le sujet de la QdS dans le RCMSFs et, plus spécifiquement, nous abordons la problématique du contrôle d'admission pour ce type de réseau. Grâce au contrôle d'admission, il est possible de déterminer si un réseau est capable de supporter un nouveau flot de données. S'il n'y a pas de contrôle d'admission dans un RCMSF, le performance du réseau sera compromis car les ressources existantes dans le réseau ne seront pas assez pour tous les flots acceptés et cela entraînera beaucoup de problèmes comme la perte de paquets des flots. Nous proposons un nouveau schéma de contrôle d'admission de nouveaux flots multimédia pour un RCMSF. Le système proposé est en mesure de déterminer si un flot de données puisse être admis dans le réseau, compte tenu de l'état actuel des liaisons de communications et l'énergie des nœuds. La décision sur l'acceptation est prise de manière distribuée, sans utiliser une entité centrale. De plus, notre schéma se présente comme un plug-in, et est adaptable à d'éventuels protocoles de routage et MAC utilisés pour la transmission de données dans les RCMSF. Nos résultats de simulation montrent l'efficacité de notre approche pour répondre aux exigences de QdS des nouveaux flots de données. Finalement, notre troisième article traite du problème du déploiement optimal des capteurs multimédia dans un espace 3D. Tel que mentionné ci-dessus, la plupart des capteurs multimédia sont du type directionnel. De surcroît, ces capteurs sont plus coûteux et plus spécialisés que les capteurs scalaires. En conséquence, les déploiements aléatoires, qui sont typiques pour les capteurs scalaires, ne sont ni souhaitables ni adéquats pour les capteurs multimédia. A cet effet, nous proposons un modèle optimal de déploiement 3D de capteurs directionnels. Ce modèle vise à déterminer le nombre minimum de capteurs directionnels connectés, leur emplacement et leur configuration, qui sont nécessaires pour couvrir un ensemble de points de contrôle dans un espace 3D donné. La configuration de chaque capteur déployé est déterminée par trois paramètres : la plage de détection, le champ de vision (FoV) et l'orientation. Nous présentons une formulation « Integer Linear Programming » (ILP) pour trouver la solution exacte du problème et aussi, un algorithme glouton capable de trouver une solution approximative (mais efficace) du problème. Nous évaluons également différentes propriétés des solutions proposées par le biais de nombreuses simulations. Avec ces trois articles on a réussi à résoudre, d'une façon à la fois innovatrice et pratique, les problèmes de routage basé sur la QdS pour les RCMSF et le déploiement de capteurs directionnels, qui sont l'objectif principal de notre recherche.