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A system-level methodology for the design and deployment of reliable low-power wireless sensor networks

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Brini, Oussama (2019). A system-level methodology for the design and deployment of reliable low-power wireless sensor networks. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Innovative Internet of Things (IoT) applications with strict performance and energy consumption requirements and where the agile collection of data is paramount are rousing. Wireless sensor networks (WSN) represent a promising solution as they can be easily deployed to sense, process, and forward data. The large number of Sensor Nodes (SNs) composing a WSN are expected to be autonomous, with a node's lifetime dictated by the battery's size. As the form factor of the SN is critical in various use cases such as industrial and building automation, minimizing energy consumption while ensuring availability becomes a priority. Moreover, energy harvesting techniques are increasingly considered as a viable solution for building an entirely green SN and prolonging its lifetime. In the process of building a SN and in the absence of a clear and well-rounded methodology, the designer can easily make unfounded decisions about the right hardware components, their configuration and data reliable data communication techniques such as automatic repeat request (ARQ) and forward error correction (FEC). In this thesis, a methodology to better optimize the design, configuration and deployment of reliable ultra-low power WSNs is proposed. Comprehensive and realistic energy and path-loss (PL) models of the sensor node are also established. Through estimations and measurements, it is shown that following the proposed methodology, the designer can thoroughly explore the design space and make most favorable decisions when choosing commercial off-the-shelf (COTS) components, configuring the node, and deploying a reliable and energy-efficient WSN.

Titre traduit

Méthodologie pour la conception et le déploiement de réseaux de capteurs sans fil fiables et de faible puissance

Résumé traduit

Les applications innovantes de l’internet des objets (Internet of Things, IoT) avec des exigences strictes en termes de performances et de consommation d'énergie et pour lesquelles la collecte agile de données est primordiale sont stimulantes. Les réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks, WSN) représentent une solution prometteuse car ils peuvent être facilement déployés pour détecter, traiter et transmettre des données. Le grand nombre de noeuds de capteurs (Sensor node, SN) composant un réseau de capteurs sans fil devrait être autonome, la durée de vie d'un noeud étant dictée par la taille de la batterie. La taille du nœud étant essentiel dans divers cas d'utilisation tels que l'automatisation de bâtiments et d’industries, il est prioritaire de réduire la consommation d'énergie tout en garantissant la disponibilité du réseau. De plus, les techniques de récupération d'énergie (Energy Harvesting, EH) sont de plus en plus considérées comme une solution prometteuse pour construire un nœud entièrement autonome et prolonger sa durée de vie. Dans le processus de construction d'un noeud et en l'absence d'une méthodologie claire et complète, le concepteur peut facilement prendre des décisions non fondées sur les bons composants matériels, leur configuration et les techniques de communication de données fiables telles que la requête automatique de répétition (Automatic Repeat Request, ARQ) et correction d'erreur directe (Forward Error Correction, FEC). Dans cette thèse, une méthodologie pour mieux optimiser la conception, la configuration et le déploiement de WSN fiables à très basse consommation est proposée. Des modèles complets et réalistes d'énergie et d’affaiblissement de propagation (Path Loss PL) du noeud de capteur sont également établis. À l'aide d'estimations et de mesures, il est montré que, conformément à la méthodologie proposée, le concepteur peut explorer en profondeur l'espace de conception, sélectionner et configurer de manière plus optimale les composants commerciaux (Commercial Off-The-Shelf, COTS) disponibles sur le marché et déployer efficacement un réseau de capteurs sans fil.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 91-98).
Mots-clés libres: réseaux de capteurs sans fil, méthodologie de conception, modèle énergétique, affaiblissement de propagation, faible consommation, conception système, couche de liaison, requête automatique de répétition, correction d'erreur directe
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nabki, Frédéric
Codirecteur:
Codirecteur
Deslandes, Dominic
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 08 juill. 2019 20:23
Dernière modification: 08 juill. 2019 20:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2330

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