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Abdelmalik Bachir

Optimizing Routing and Channel Access Protocols to Extend the Lifetime of Wireless Sensor Networks / Allongement de la durée de vie des réseaux sans fil de capteurs par l’optimisation des protocoles de routage et d’accès au canal

PhD (in french), January 2007

Monday 29 January 2007

Extending the lifetime of a sensor network requires optimizations at two complementary scopes:
local and global. At the scope front, each node should optimize its own energy consumption to
maximize its life span. At the global scope, nodes should cooperate to optimize the global usage of
energy resources.
In this thesis, we have addressed both problems through the optimization of communication
protocols. Our contribution mainly concerns MAC and Routing protocols.
At the MAC layer, we have tackled the problem of reduction two ma jor sources of energy waste:
collisions and overhearing. We have differentiated two types of collisions: those caused by hidden
nodes and those caused by visible nodes, and two forms of overhearing: that resulting from the
reception of irrelevant messages and that resulting from the reception of useless signals. For all
of these identified sources of energy waste, we have proposed solutions that improve the networks
lifetime.
At the routing layer, we have proposed a protocol capable of combining two lifetime extension
techniques: reducing protocols’ overhead and load balancing among nodes to avoid their premature
death.
Our contribution in this thesis not only provides more energy-efficient MAC and routing protocols
that are optimized independently from each other, but also a cross layer design in which MAC and
routing protocols are jointly optimized.


L’allongement de la durée de vie d’un réseau de capteurs requiert des optimisations sur deux
niveaux complémentaires : local et global. Sur le niveau local, chaque nœud doit optimiser sa
consommation d’énergie pour allonger sa durée de vie, et sur le niveau global, les nœuds doivent
coopérer ensemble pour optimiser la gestion globale des ressources en énergie.
Dans cette thèse nous nous sommes attaqués à ces deux problèmes par l’optimisation des protocoles
de communications. Notre contribution a principalement touché les protocoles MAC et de routage.
Au niveau de la couche MAC, nous avons travaillé sur la réduction de deux principales sources
de perte d’énergie : les collisions et l’écoute inutile. Nous avons différencié deux types de collisions :
celles causées par les nœuds cachés et celles causées par les nœuds visibles, et deux formes d’écoute
inutile : celle résultant de la réception des messages inutiles et celle provenant de la réception
des signaux inutiles. Pour toutes ces formes de perte d’énergie, nous avons proposé des solutions
pertinentes.
Au niveau de la couche routage, nous avons proposé un protocole permettant de combiner deux
techniques d’allongement de durée de vie du réseau : la réduction du surcoût des protocoles et
l’équilibrage de charge entre les nœuds pour leur éviter une mort prématurée.
Notre contribution dans cette thèse non seulement fournit des protocoles MAC et des protocoles de
routage efficaces en énergie et optimisés les uns indépendamment des autres, mais aussi une ébauche
de conception inter couches dans laquelle les protocoles sont optimisés conjointement.

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