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Auteur SENOUCI, Oussama |
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Titre : Clustering dans les réseaux de capteurs Type de document : texte imprimé Auteurs : SENOUCI, Oussama ; ALIOUAT,Z, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2015 Importance : 1 vol (66f.) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Sélection de Cluster Head (CH), Réseau de capteur, LEACH. Index. décimale : 004 Informatique Résumé : RÉSUMÉ
Le clustering est l’une des méthodes importantes et efficaces pour prolonger la
durée de vie des réseaux des capteurs sans fil (RCSFs). Elle implique le regroupement des
nœuds capteurs dans des grappes ou clusters, afin d’attribuer à chaque cluster un chef
(Cluster Head). Le rôle principal d’un Cluster Head est de collecter et agréger les données
des nœuds afin de les envoyer à la station de base. Un défi majeur dans les réseaux de
capteurs est de sélectionner les Cluster Heads. Dans ce travail, nous présentons un nouvel
algorithme de sélection du CH qui se base sur des paramètres significatifs avec une
nouvelle technique de routage à deux-sauts pour desservir les nœuds isolées en utilisant les
Cluter Head secondaires. Afin de confirmer les améliorations apportées par notre
algorithme nous avons conduit une simulation à l’aide du simulateur réseau NS2, dans
laquelle les performances de notre algorithme sont évaluées et comparées avec l’un des
protocoles de clustering existants LEACH.
Note de contenu : TABLE DES MATIERES
INTRODUTION GENERALE……………………………………………............. 1
Chapitre 01 : RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
1. Introduction………………………………………………………………………… 3
2. Généralités sur les Réseaux de Capteurs sans fils…….…………………...………….. 3
2.1. Un capteur …………….……..……………………………………………................ 3
2.2. Un capteur intelligent ……………….……………..….………………………......... 3
2.3. Capteur classique VS capteur Intelligent.................................................................... 3
2.4. Anatomie d’un capteur……………….…………………………….………………. 4
2.4.1. Unité de captage………………..………………………………..……….............. 4
24.2. Unité de stockage………………...…………………………..……….…………… 4
2.4.3. Unité de traitement…………...……………………….………………………….. 4
2.4.4. Unité de communication ………….…….…………………………………….…. 5
2.4.5. Unité d’énergie..…………………..……………………………………………… 5
2.5. Caractéristiques des capteurs sans fil ………………………..…………………….. 5
2.6. Réseaux des capteurs sans fil : Architecture et applications………………………... 5
2.6.1. Architecture des RCSFs.……………………………………
2.7.1.1. Le modèle de consommation d’énergie dans les RCSFs ………………………. 8
2.7.2. Tolérance aux fautes…………………………………………...………………….. 8
2.7.3. Passage à l’échèle…………………………..………………………….………….. 8
2.7.4. Protocole de routage………………………….….………….…….……………… 9
3. Routage de données dans les RCSFs…….…………………….…………………....... 9
3.1. Conception des protocoles du routage pour les RCSFs…………………………….. 9
3.1.1. Facteurs et défis de la conception …………………….………………..………… 9
3.1.1.1. L’énergie consommée.….…………………………………………..…………... 9
3.1.1.2. La communication……………………………….….…………………………... 10
3.1.1.3. La capacité de calcul…………….……………….….………………………….. 10
3.1.1.4. Passage à l’échelle (Scalability) ……………………..……………………......... 10
3.2. Classification des protocoles de routage ……………….………….……….………. 10
3.2.1. Selon la méthode d’établissement des liens...…………………………………..…. 11
3.2.1.1. Protocole réactif...……………..…………………………………..……………. 11
3.2.1.2. Protocole proactif…………………………………. ……….....11
3.2.1.3. Protocole hybride……………………..………………………………………….11
3.2.2. Selon la topologie du réseau………….………..……………………………. …… 11
3.2.2.1. Topologie plate………..……………………………..……………………. …… 11
3.2.2.2. Topologie hiérarchique ……………………………….………………………… 12
3.3. Routage hiérarchique de données pour les RCSFs ………...………..……………… 12
3.3.1. Caractéristiques d’un protocole hiérarchique…………………………………….. 13
3.3.1.1. L’algorithme de clustering utilisé …..……………….….……………………… 13
3.3.1.2. Réélection du Cluster Head……..…………………...…………………………. 13
3.3.1.3. La nature des clusters générés.…………………….……….…………………… 14
3.3.1.4. La communication intra-cluster………………………………………………… 14
3.3.1.5. La communication inter-cluster…………...……………………….…………… 14
3.3.2. Protocoles hiérarchiques existants…………...……….……………..……………. 14
3.3.2.1. Le protocole LEACH …………………………………………………………... 14
3.3.2.2. Le protocole MCR ………………..……………………….…………………… 14
3.3.2.3. Le protocole PEGASIS ……………………..……..………...…………………. 15
3.3.2.4. Le protocole HEED ……………..……………………………………………… 15
3.3.2.5. Le protocole LCH ……………………..……….…………………………......... 15
3.3.2.6. Le protocole KOCA..……………..………………………………………......... 15
4. Conclusion …….……………………………………………………………………… 16
Chapitre 02 : ETAT DE L’ART SUR LES ALGORITHMES DE
SELECTION DE CLUSTER HEAD
1. Introduction…………...…….………………………………………………………….. 17
2. Protocole basé-cluster (cluster-based)………………………….……...….………….... 17
2.1. Catégories des nœuds pour un algorithme de clusterisation……………….….…….. 18
2.2. Avantages de l’utilisation des protocoles basé-cluster………..………..…………… 18
3. Sélection du Cluster Head ……………………………….…………..……………….. 19
3.1. Schéma auto-organisé ……………………….……..……………….………..…….. 20
3.1.1. Schéma probabiliste fixe ………………..……………..………….………..…….. 20
3.1.2. Schéma adaptive basé sur le poids …………………………...………………...… 21
3.1.2.1. Dépense d’énergie ………...…………………………………...……………….. 22
3.1.2.2. Dispersion de la densité.……………………………..………...……………….. 23
3.1.2.3. Couverture de la détection ………..…..………....……..………………………. 23
3.1.2.4. Sélectivité régionale ………..……………….…………………………………. 24
3.2. Schéma assisté ………………………….…………………………..……………… 25
3.2.1. Schéma assisté BS ………………..…..……...…………………………………... 26
3.2.1.1. Placement équitable des CHs ………………..………………..……………….. 26
3.2.1.2. Nombre optimale des CHs ……………………...……………..………………. 27
3.2.2. Schéma assisté CHs ……………...……….……………………..……………….. 27
3.2.2.1. Cluster équilibré ……………….………….……………………………………. 27
3.2.2.2. Atténuation de la dépense énergétique dans le Re-Clustering ….……….……… 29
4. Conclusion………….……………….……….……………………..………………… 29
Chapitre 03 : ALGORITHME PROPOSE
1. Introduction……………………………….….………...……….…………………….. 30
2. Le protocole LEACH ……………….……….……………………..…………………. 31
2.1. Phase de configuration …………....……….……………………..…………………. 32
2.2. Phase de transmission …….……………………………………..………………….. 34
2.3. Avantages et inconvénients de LEACH..…..…….……………..………………….. 35
2.4. Diagnostic du protocole LEACH..……………………………..…………………... 35
3. Algorithme proposé : ER&AD-QCH …..…………………………..………………….. 36
3.1. Hypothèses…..…………….…...….……….……………………..…………………. 36
3.2. Description générale et les objectifs de l’algorithme proposé …..…………………. 37
3.3. Description détaillé de l’algorithme proposé : ER&AD-QCH…………………..….. 37
3.3.1. Types des nœuds utilisés par notre algorithme proposé …………………………. 37
3.3.2. Déroulement de l’algorithme……………….………...........…………...………… 38
3.3.2.1. Phase d’initialisation ………………..………………………..………………… 38
3.3.2.2. Phase de transmission …..…………………..….…………....…………………. 42
4. Implémentation …..…………...…………….……………………..…………………. 45
4.1. Choix du langage et de l’environnement d’implémentation…..……...….…………. 45
4.2. Etapes d’implémentation de notre algorithme.……….…………………………….. 45
4.2.1. Préparation de l’environnement d’implémentation.….…………..……………….. 45
4.2.2. Implémentation de notre algorithme proposé………..……………………………. 45
4.2.2.1. Procédure pour la mise à jour de la liste des CHs…..………….…………..…… 46
4.2.2.2. Procédure de nomination du CH secondaire (QCH)…..…………......…………. 48
4.2.2.3. Procédure de l’envoie des données au CH secondaire (cas : nœud isolé)……..... 49
4.2.2.4. Procédure de réception des données des nœuds isolés.……….…………………. 49
4.3. Simulation…..……………….……………………..……………..………………….. 49
4.3.1. Environnement de simulation…..…………..………...………..………………….. 49
4.3.2. Résultats de simulation…………………………………...……...…………………
4.3.3. Comparaisons des performances : ER&AD-QCH vs LEACH………………….…
4.3.3.1. Métriques de comparaison ……………………………..……...…………………
4.3.3.2. Discussion et résultats…………..……………………...……...…………………
51
5. Conclusion…..…………………………………..………...………..………………….. 56
CONCLUSION GENERALE…………………....……………………….................. 57
BIBLIOGRAPHIE………………….……………………………………………......... 59
ANNEXE………………………………….…….……………………………………… 62
Côte titre : MAI/0067 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1wK0NSQlcC2Y0BmeP-0-wILJkz6QiNVT8/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Clustering dans les réseaux de capteurs [texte imprimé] / SENOUCI, Oussama ; ALIOUAT,Z, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2015 . - 1 vol (66f.) ; 29 cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Sélection de Cluster Head (CH), Réseau de capteur, LEACH. Index. décimale : 004 Informatique Résumé : RÉSUMÉ
Le clustering est l’une des méthodes importantes et efficaces pour prolonger la
durée de vie des réseaux des capteurs sans fil (RCSFs). Elle implique le regroupement des
nœuds capteurs dans des grappes ou clusters, afin d’attribuer à chaque cluster un chef
(Cluster Head). Le rôle principal d’un Cluster Head est de collecter et agréger les données
des nœuds afin de les envoyer à la station de base. Un défi majeur dans les réseaux de
capteurs est de sélectionner les Cluster Heads. Dans ce travail, nous présentons un nouvel
algorithme de sélection du CH qui se base sur des paramètres significatifs avec une
nouvelle technique de routage à deux-sauts pour desservir les nœuds isolées en utilisant les
Cluter Head secondaires. Afin de confirmer les améliorations apportées par notre
algorithme nous avons conduit une simulation à l’aide du simulateur réseau NS2, dans
laquelle les performances de notre algorithme sont évaluées et comparées avec l’un des
protocoles de clustering existants LEACH.
Note de contenu : TABLE DES MATIERES
INTRODUTION GENERALE……………………………………………............. 1
Chapitre 01 : RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
1. Introduction………………………………………………………………………… 3
2. Généralités sur les Réseaux de Capteurs sans fils…….…………………...………….. 3
2.1. Un capteur …………….……..……………………………………………................ 3
2.2. Un capteur intelligent ……………….……………..….………………………......... 3
2.3. Capteur classique VS capteur Intelligent.................................................................... 3
2.4. Anatomie d’un capteur……………….…………………………….………………. 4
2.4.1. Unité de captage………………..………………………………..……….............. 4
24.2. Unité de stockage………………...…………………………..……….…………… 4
2.4.3. Unité de traitement…………...……………………….………………………….. 4
2.4.4. Unité de communication ………….…….…………………………………….…. 5
2.4.5. Unité d’énergie..…………………..……………………………………………… 5
2.5. Caractéristiques des capteurs sans fil ………………………..…………………….. 5
2.6. Réseaux des capteurs sans fil : Architecture et applications………………………... 5
2.6.1. Architecture des RCSFs.……………………………………
2.7.1.1. Le modèle de consommation d’énergie dans les RCSFs ………………………. 8
2.7.2. Tolérance aux fautes…………………………………………...………………….. 8
2.7.3. Passage à l’échèle…………………………..………………………….………….. 8
2.7.4. Protocole de routage………………………….….………….…….……………… 9
3. Routage de données dans les RCSFs…….…………………….…………………....... 9
3.1. Conception des protocoles du routage pour les RCSFs…………………………….. 9
3.1.1. Facteurs et défis de la conception …………………….………………..………… 9
3.1.1.1. L’énergie consommée.….…………………………………………..…………... 9
3.1.1.2. La communication……………………………….….…………………………... 10
3.1.1.3. La capacité de calcul…………….……………….….………………………….. 10
3.1.1.4. Passage à l’échelle (Scalability) ……………………..……………………......... 10
3.2. Classification des protocoles de routage ……………….………….……….………. 10
3.2.1. Selon la méthode d’établissement des liens...…………………………………..…. 11
3.2.1.1. Protocole réactif...……………..…………………………………..……………. 11
3.2.1.2. Protocole proactif…………………………………. ……….....11
3.2.1.3. Protocole hybride……………………..………………………………………….11
3.2.2. Selon la topologie du réseau………….………..……………………………. …… 11
3.2.2.1. Topologie plate………..……………………………..……………………. …… 11
3.2.2.2. Topologie hiérarchique ……………………………….………………………… 12
3.3. Routage hiérarchique de données pour les RCSFs ………...………..……………… 12
3.3.1. Caractéristiques d’un protocole hiérarchique…………………………………….. 13
3.3.1.1. L’algorithme de clustering utilisé …..……………….….……………………… 13
3.3.1.2. Réélection du Cluster Head……..…………………...…………………………. 13
3.3.1.3. La nature des clusters générés.…………………….……….…………………… 14
3.3.1.4. La communication intra-cluster………………………………………………… 14
3.3.1.5. La communication inter-cluster…………...……………………….…………… 14
3.3.2. Protocoles hiérarchiques existants…………...……….……………..……………. 14
3.3.2.1. Le protocole LEACH …………………………………………………………... 14
3.3.2.2. Le protocole MCR ………………..……………………….…………………… 14
3.3.2.3. Le protocole PEGASIS ……………………..……..………...…………………. 15
3.3.2.4. Le protocole HEED ……………..……………………………………………… 15
3.3.2.5. Le protocole LCH ……………………..……….…………………………......... 15
3.3.2.6. Le protocole KOCA..……………..………………………………………......... 15
4. Conclusion …….……………………………………………………………………… 16
Chapitre 02 : ETAT DE L’ART SUR LES ALGORITHMES DE
SELECTION DE CLUSTER HEAD
1. Introduction…………...…….………………………………………………………….. 17
2. Protocole basé-cluster (cluster-based)………………………….……...….………….... 17
2.1. Catégories des nœuds pour un algorithme de clusterisation……………….….…….. 18
2.2. Avantages de l’utilisation des protocoles basé-cluster………..………..…………… 18
3. Sélection du Cluster Head ……………………………….…………..……………….. 19
3.1. Schéma auto-organisé ……………………….……..……………….………..…….. 20
3.1.1. Schéma probabiliste fixe ………………..……………..………….………..…….. 20
3.1.2. Schéma adaptive basé sur le poids …………………………...………………...… 21
3.1.2.1. Dépense d’énergie ………...…………………………………...……………….. 22
3.1.2.2. Dispersion de la densité.……………………………..………...……………….. 23
3.1.2.3. Couverture de la détection ………..…..………....……..………………………. 23
3.1.2.4. Sélectivité régionale ………..……………….…………………………………. 24
3.2. Schéma assisté ………………………….…………………………..……………… 25
3.2.1. Schéma assisté BS ………………..…..……...…………………………………... 26
3.2.1.1. Placement équitable des CHs ………………..………………..……………….. 26
3.2.1.2. Nombre optimale des CHs ……………………...……………..………………. 27
3.2.2. Schéma assisté CHs ……………...……….……………………..……………….. 27
3.2.2.1. Cluster équilibré ……………….………….……………………………………. 27
3.2.2.2. Atténuation de la dépense énergétique dans le Re-Clustering ….……….……… 29
4. Conclusion………….……………….……….……………………..………………… 29
Chapitre 03 : ALGORITHME PROPOSE
1. Introduction……………………………….….………...……….…………………….. 30
2. Le protocole LEACH ……………….……….……………………..…………………. 31
2.1. Phase de configuration …………....……….……………………..…………………. 32
2.2. Phase de transmission …….……………………………………..………………….. 34
2.3. Avantages et inconvénients de LEACH..…..…….……………..………………….. 35
2.4. Diagnostic du protocole LEACH..……………………………..…………………... 35
3. Algorithme proposé : ER&AD-QCH …..…………………………..………………….. 36
3.1. Hypothèses…..…………….…...….……….……………………..…………………. 36
3.2. Description générale et les objectifs de l’algorithme proposé …..…………………. 37
3.3. Description détaillé de l’algorithme proposé : ER&AD-QCH…………………..….. 37
3.3.1. Types des nœuds utilisés par notre algorithme proposé …………………………. 37
3.3.2. Déroulement de l’algorithme……………….………...........…………...………… 38
3.3.2.1. Phase d’initialisation ………………..………………………..………………… 38
3.3.2.2. Phase de transmission …..…………………..….…………....…………………. 42
4. Implémentation …..…………...…………….……………………..…………………. 45
4.1. Choix du langage et de l’environnement d’implémentation…..……...….…………. 45
4.2. Etapes d’implémentation de notre algorithme.……….…………………………….. 45
4.2.1. Préparation de l’environnement d’implémentation.….…………..……………….. 45
4.2.2. Implémentation de notre algorithme proposé………..……………………………. 45
4.2.2.1. Procédure pour la mise à jour de la liste des CHs…..………….…………..…… 46
4.2.2.2. Procédure de nomination du CH secondaire (QCH)…..…………......…………. 48
4.2.2.3. Procédure de l’envoie des données au CH secondaire (cas : nœud isolé)……..... 49
4.2.2.4. Procédure de réception des données des nœuds isolés.……….…………………. 49
4.3. Simulation…..……………….……………………..……………..………………….. 49
4.3.1. Environnement de simulation…..…………..………...………..………………….. 49
4.3.2. Résultats de simulation…………………………………...……...…………………
4.3.3. Comparaisons des performances : ER&AD-QCH vs LEACH………………….…
4.3.3.1. Métriques de comparaison ……………………………..……...…………………
4.3.3.2. Discussion et résultats…………..……………………...……...…………………
51
5. Conclusion…..…………………………………..………...………..………………….. 56
CONCLUSION GENERALE…………………....……………………….................. 57
BIBLIOGRAPHIE………………….……………………………………………......... 59
ANNEXE………………………………….…….……………………………………… 62
Côte titre : MAI/0067 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1wK0NSQlcC2Y0BmeP-0-wILJkz6QiNVT8/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAI/0067 MAI/0067 Mémoire Bibliothéque des sciences Français Disponible
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