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index 5ef2405894615e2674dc85388582a9e4c6399d0e..a5bc5b5ae9bafcb39432aa3b42b043777e17c51a 100644 (file)
@@ -22,7 +22,7 @@
 %Wireless sensor networks (WSNs) have recently received a great deal of research attention due to their wide range of potential applications. Many important characteristics provided by the WSNs make them different from other wireless ad-hoc networks. Furthermore, these characteristics impose lots of limitations that lead to several challenges in the network. These challenges include coverage, topology control, routing, data fusion, security, and many others.  One of the main research challenges faced in wireless sensor networks is to preserve continuously and effectively the coverage of an area of interest to be monitored, while simultaneously preventing as much as possible a network failure due to battery-depleted nodes.
 In this dissertation, we highly focus on the area coverage problem, energy-efficiency is also the foremost requirement. We have considered distributed optimization protocols with the ultimate objective of prolonging the network lifetime. The proposed distributed optimization protocols (including algorithms, models, and solving integer programs) should be energy-efficient protocols. To address
 this problem, this dissertation proposes two-step approaches. Firstly, the sensing field is divided into smaller subregions using the concept of divide-and-conquer method. Secondly, one of our proposed distributed optimization protocols is distributed and applied on the
-sensor nodes in each  subregion so as to optimize the coverage and the lifetime performances.  In this dissertation, three coverage optimization protocols are proposed. These protocols combine two  efficient techniques: leader election for each subregion, followed by an optimization-based planning of sensor activity scheduling decisions for  each subregion. 
+sensor nodes in each  subregion so as to optimize the coverage and the lifetime performances.  In this dissertation, three coverage optimization protocols are proposed. These protocols combine two  efficient techniques: leader election for each subregion, followed by an optimization-based scheduling of sensor activity for  each subregion. 
 
 First, we propose a protocol called Distributed Lifetime Coverage Optimization (DiLCO). In this protocol, the lifetime is divided into periods. Each period consists of 4 phases: information exchange, leader election, decision, and sensing. The decision process is
 carried out  by a leader node,  which solves an integer  program in order to provide only one cover set of active sensor nodes to ensure coverage during the sensing phase of the current period.
@@ -32,7 +32,7 @@ during which sets of sensor nodes are scheduled to remain active for a number of
 
 
 
-Last but not least, we propose a Perimeter-based Coverage Optimization (PeCO) protocol which is also distributed among sensor nodes in each  subregion. The novelty of our approach lies essentially in the formulation of a new mathematical optimization  model based on a perimeter coverage level to schedule sensors' activities, whereas we used primary points coverage model in the two previous models. A new integer program coverage model is solved by the leader during the decision phase so as to provide only one cover set of sensors for the sensing phase.
+Last but not least, we propose a Perimeter-based Coverage Optimization (PeCO) protocol which is also distributed among sensor nodes in each  subregion. The novelty of our approach lies essentially in the formulation of a new mathematical optimization  model based on a perimeter coverage level to schedule sensors' activities, whereas we use primary points coverage model in the two previous models. A new integer program coverage model is solved by the leader during the decision phase so as to provide only one cover set of sensors for the sensing phase.
 
 Extensive simulations are conducted using the discrete event simulator OMNeT++ to validate the efficiency of each of our proposed protocols. We refer to the characteristics of a Medusa II sensor for the energy consumption and the time computation. In comparison with two other existing methods, our protocols are able to increase
 the WSN lifetime and provide improved coverage performance.
index 3e691b7d4908697ff7c24d9cf6ab23bf1ea4879d..09b6595a039f9f70197f79dd407f9a424b173bcf 100644 (file)
@@ -344,38 +344,27 @@ The modeling language for Mathematical Programming (AMPL)~\cite{AMPL} is  employ
 
 \indent For our energy consumption model, we refer to the sensor node Medusa~II which uses an Atmel's  AVR ATmega103L microcontroller~\cite{ref112}. The typical architecture  of a  sensor  is composed  of four  subsystems: the  MCU subsystem which is capable of computation, communication subsystem (radio) which is responsible  for transmitting/receiving messages, the  sensing subsystem that collects  data, and  the  power supply  which  powers the  complete sensor  node \cite{ref112}. Each  of the first three subsystems  can be turned on or  off depending on  the current status  of the sensor.   Energy consumption (expressed in  milliWatt per second) for  the different status of  the sensor is summarized in Table~\ref{table1}.
 
-\begin{table}[ht]
-\caption{Energy Consumption Model}
-% title of Table
+\begin{table}[h]
 \centering
-% used for centering table
-\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|}
-% centered columns (4 columns)
-      \hline
-%inserts double horizontal lines
-Sensor status & MCU & Radio & Sensing & Power (mW) \\ [0.5ex]
-\hline
-% inserts single horizontal line
-LISTENING & on & on & on & 20.05 \\
-% inserting body of the table
-\hline
-ACTIVE & on & off & on & 9.72 \\
-\hline
-SLEEP & off & off & off & 0.02 \\
-\hline
-COMPUTATION & on & on & on & 26.83 \\
-%\hline
-%\multicolumn{4}{|c|}{Energy needed to send/receive a 1-bit} & 0.2575\\
- \hline
+\caption{Power consumption values}
+\label{tab:EC}
+\begin{tabular}{|l||cccc|}
+  \hline
+  {\bf Sensor status} & MCU & Radio & Sensor & {\it Power (mW)} \\
+  \hline
+  LISTENING & On & On & On & 20.05 \\
+  ACTIVE & On & Off & On & 9.72 \\
+  SLEEP & Off & Off & Off & 0.02 \\
+  COMPUTATION & On & On & On & 26.83 \\
+  \hline
+  \multicolumn{4}{|l}{Energy needed to send or receive a 2-bit content message} & 0.515 \\
+  \hline
 \end{tabular}
-
-\label{table1}
-% is used to refer this table in the text
 \end{table}
 
 \indent For the sake of simplicity we ignore  the energy needed to turn on the radio, to start up the sensor node, to move from one status to another, etc. Thus, when a sensor becomes active (i.e., it has already received its status from leader), it can turn  its radio  off to  save battery. DiLCO uses two types of packets
 for communication. The size of the INFO packet and ActiveSleep packet
-are 112 bits and 16 bits respectively. The value of energy spent to send a 1-bit-content message is  obtained by using  the equation in ~\cite{ref112} to calculate  the energy cost for transmitting  messages and  we propose  the same value for receiving the packets. The energy  needed to send or receive a 1-bit packet is equal to $0.2575~mW$.
+are 112 bits and 16 bits respectively. The value of energy spent to send a 2-bit-content message is  obtained by using  the equation in ~\cite{ref112} to calculate  the energy cost for transmitting  messages and  we propose  the same value for receiving the packets. The energy  needed to send or receive a 1-bit packet is equal to $0.2575~mW$.
 
 %We have used an energy consumption model, which is presented in chapter 1, section \ref{ch1:sec9:subsec2}. 
 
index dc74d83d41ad975f0e24265e476f0b8ef57992f1..aeb9ffa180d52a7d581b48a9a76a4ec31f5b3b9f 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 %%                          %%
-%%       CHAPTER 06        %%
+%%       CHAPTER 06         %%
 %%                          %%
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  \chapter{ Perimeter-based Coverage Optimization to Improve Lifetime in WSNs}
@@ -36,8 +36,9 @@ we considered (in particular the perimeter coverage one), second we describe the
 \subsection{Assumptions and Models}
 \label{ch6:sec:02:01}
 The PeCO protocol uses the same assumptions and network model than both the DiLCO and the MuDiLCO protocols. All the hypotheses can be found in section \ref{ch4:sec:02:01}.
-The PeCO protocol  uses the  same perimeter-coverage  model as  Huang and Tseng in~\cite{ref133}. It  can be expressed as follows:  a sensor is said to be a perimeter covered if all the points on its  perimeter are covered by at least  one sensor  other than  itself.  They  proved that  a network  area is
-$k$-covered if and only if each sensor in the network is $k$-perimeter-covered (perimeter covered by at least $k$ sensors).
+The PeCO protocol  uses the  same perimeter-coverage  model as  Huang and Tseng in~\cite{ref133}. It  can be expressed as follows:  a sensor is said to be a perimeter covered if all the points on its  perimeter are covered by at least  one sensor  other than  itself.  
+%They  proved that  a network  area is $k$-covered if and only if each sensor in the network is $k$-perimeter-covered (perimeter covered by at least $k$ sensors).
+Authors \cite{ref133}  proved that a network area  is $k$-covered  (every point in  the area is  covered by  at least $k$~sensors) if and only if each  sensor in the network is $k$-perimeter-covered (perimeter covered by at least $k$ sensors).
   
 Figure~\ref{pcm2sensors}(a)  shows  the coverage  of  sensor  node~$0$. On  this figure, we can  see that sensor~$0$ has  nine neighbors and we  have reported on
 its  perimeter (the  perimeter  of the  disk  covered by  the  sensor) for  each neighbor  the  two  points  resulting  from  intersection  of  the  two  sensing
@@ -56,18 +57,21 @@ arcs.
 \end{figure} 
 
 Figure~\ref{pcm2sensors}(b) describes the geometric information used to find the locations of the  left and right points of  an arc on the perimeter  of a sensor node~$u$ covered by a sensor node~$v$. Node~$v$ is supposed to be located on the
-west  side of  sensor~$u$,  with  the following  respective  coordinates in  the sensing area~: $(v_x,v_y)$ and $(u_x,u_y)$. From the previous coordinates we can compute the euclidean distance between nodes~$u$ and $v$: $Dist(u,v)=\sqrt{\vert
-  u_x  - v_x  \vert^2 +  \vert u_y-v_y  \vert^2}$, while  the angle~$\alpha$  is obtained through  the formula: $$\alpha =  \arccos \left(\dfrac{Dist(u,v)}{2R_s}
-\right).$$ The arc on the perimeter of~$u$ defined by the angular interval $[\pi
-  - \alpha,\pi + \alpha]$ is said to be perimeter-covered by sensor~$v$.
+west  side of  sensor~$u$,  with  the following  respective  coordinates in  the sensing area~: $(v_x,v_y)$ and $(u_x,u_y)$. From the previous coordinates, the euclidean distance between nodes~$u$ and $v$ is computed as follow: $Dist(u,v)=\sqrt{\vert
+  u_x  - v_x  \vert^2 +  \vert u_y-v_y  \vert^2}$, 
+
+while  the angle~$\alpha$  is obtained through  the formula:
+
+ $$\alpha =  \arccos \left(\dfrac{Dist(u,v)}{2R_s}
+\right).$$ 
+
+The arc on the perimeter of~$u$ defined by the angular interval $[\pi  - \alpha,\pi + \alpha]$ is said to be perimeter-covered by sensor~$v$.
 
 Every couple of intersection points is placed on the angular interval $[0,2\pi]$ in  a  counterclockwise manner,  leading  to  a  partitioning of  the  interval.
 Figure~\ref{pcm2sensors}(a)  illustrates  the arcs  for  the  nine neighbors  of sensor $0$ and  Figure~\ref{expcm} gives the position of the corresponding arcs in  the interval  $[0,2\pi]$. More  precisely, we  can see  that the  points are
 ordered according  to the  measures of  the angles  defined by  their respective positions. The intersection points are  then visited one after another, starting from the first  intersection point  after  point~zero,  and  the maximum  level  of coverage is determined  for each interval defined by two  successive points. The maximum  level of  coverage is  equal to  the number  of overlapping  arcs.  For example, 
 between~$5L$  and~$6L$ the maximum  level of  coverage is equal  to $3$ (the value is highlighted in yellow  at the bottom of Figure~\ref{expcm}), which means that at most 2~neighbors can cover  the perimeter in addition to node $0$. 
-Table~\ref{my-label} summarizes for each coverage  interval the maximum level of coverage and  the sensor  nodes covering the  perimeter.  The  example discussed
-above is thus given by the sixth line of the table.
-
+Table~\ref{my-label} summarizes for each coverage  interval the maximum level of coverage and  the sensor  nodes covering the  perimeter.  The  example discussed above is thus given by the sixth line of the table.
 
 \begin{figure*}[t!]
 \centering
@@ -107,7 +111,8 @@ above is thus given by the sixth line of the table.
 \end{table}
 
 
-In the PeCO  protocol, the scheduling of the sensor  nodes' activities is formulated  as an integer program  based on  coverage intervals. The  formulation of  the coverage optimization problem is  detailed in~section~\ref{ch6:sec:03}.  Note that  when a sensor node  has a  part of  its sensing  range outside  the WSN  sensing field,  as in Figure~\ref{ex4pcm}, the maximum coverage level for  this arc is set to $\infty$ and  the  corresponding  interval  will  not   be  taken  into  account  by  the optimization algorithm.
+%In the PeCO  protocol, the scheduling of the sensor  nodes' activities is formulated  as an integer program  based on  coverage intervals. 
+In the PeCO protocol,  the  scheduling  of  the  sensor nodes'  activities  is formulated  with  an mixed-integer  program based on coverage intervals~\cite{ref239}.  The  formulation of  the coverage optimization problem is  detailed in~section~\ref{ch6:sec:03}.  Note that  when a sensor node  has a  part of  its sensing  range outside  the WSN  sensing field,  as in Figure~\ref{ex4pcm}, the maximum coverage level for  this arc is set to $\infty$ and  the  corresponding  interval  will  not   be  taken  into  account  by  the optimization algorithm.
 
 
 \begin{figure}[h!]
@@ -125,10 +130,7 @@ In the PeCO  protocol, the scheduling of the sensor  nodes' activities is formul
 \subsection{The Main Idea}
 \label{ch6:sec:02:02}
 
-\noindent The  WSN area of interest is, in a  first step, divided  into regular
-homogeneous subregions  using a divide-and-conquer  algorithm. In a  second step
-our  protocol  will  be  executed  in a distributed way in each subregion
-simultaneously to schedule nodes' activities for one sensing period.
+\noindent The  WSN area of interest is, in a  first step, divided  into regular homogeneous subregions  using a divide-and-conquer  algorithm. In a  second step our  protocol  will  be  executed  in a distributed way in each subregion simultaneously to schedule nodes' activities for one sensing period. Sensor nodes  are assumed to be deployed  almost uniformly over the  region. The regular subdivision  is made such that the number of hops between  any pairs of sensors inside a subregion is less than or equal to 3.
 
 As  shown in  Figure~\ref{fig2}, node  activity  scheduling is  produced by  our protocol in a periodic manner. Each period is divided into 4 stages: Information (INFO)  Exchange,  Leader Election,  Decision  (the  result of  an  optimization problem),  and  Sensing.   For  each  period, there  is  exactly  one  set  cover responsible for  the sensing task.  Protocols  based on a periodic  scheme, like PeCO, are more  robust against an unexpected  node failure. On the  one hand, if a node failure is discovered before  taking the decision, the corresponding sensor
 node will  not be considered  by the optimization  algorithm. On  the other hand, if the sensor failure happens after  the decision, the sensing task of the network will be temporarily affected: only  during the period of sensing until a new period starts, since a new set cover will take charge of the sensing task in the next period. The energy consumption and some other constraints can easily be taken  into  account since  the  sensors  can  update  and then  exchange  their information (including their  residual energy) at the beginning  of each period. However, the pre-sensing  phases (INFO Exchange, Leader  Election, and Decision)
@@ -198,39 +200,34 @@ protocol applied by a sensor node $s_j$ where $j$ is the node index in the WSN.
 \label{alg:PeCO}
 \end{algorithm}
 
-In this  algorithm, A.CurrentSize and A.PreviousSize  respectively represent the
-current number and  the previous number of living nodes in  the subnetwork of the
-subregion.  Initially, the sensor node checks its remaining energy $RE_j$, which
-must be greater than a threshold $E_{th}$ in order to participate in the current
-period.  Each  sensor node  determines its position  and its subregion  using an
-embedded  GPS or a  location discovery  algorithm. After  that, all  the sensors
-collect position coordinates,  remaining energy, sensor node ID,  and the number
-of their  one-hop live  neighbors during the  information exchange.  The sensors
-inside a same region cooperate to elect a leader. The selection criteria for the
-leader, in order of priority,  are larger numbers of neighbors, larger remaining
-energy, and  then in case  of equality, larger  index.  Once chosen,  the leader
-collects information to formulate and  solve the integer program which allows to
-construct the set of active sensors in the sensing stage.
-
+In this  algorithm, A.CurrentSize and A.PreviousSize  respectively represent the current number and  the previous number of living nodes in  the subnetwork of the subregion.  Initially, the sensor node checks its remaining energy $RE_j$, which must be greater than a threshold $E_{th}$ in order to participate in the current period.  Each  sensor node  determines its position  and its subregion  using an embedded  GPS or a  location discovery  algorithm. After  that, all  the sensors collect position coordinates,  remaining energy, sensor node ID,  and the number
+of their  one-hop live  neighbors during the  information exchange.  
+%The sensors inside a same region cooperate to elect a leader. The selection criteria for the leader, in order of priority,  are larger numbers of neighbors, larger remaining energy, and  then in case  of equality, larger  index.  Once chosen,  the leader collects information to formulate and  solve the integer program which allows to construct the set of active sensors in the sensing stage.
+The sensors  inside a same  region cooperate to  elect a leader.   The selection criteria for the leader are (in order  of priority):
+\begin{enumerate}
+\item larger number of neighbors;
+\item larger  remaining energy;
+\item and then  in case  of equality,  larger index.
+\end{enumerate}
+Once chosen, the leader collects information  to formulate and solve the integer program  which allows  to construct  the set  of active  sensors in  the sensing stage.
 
 
 \section{Perimeter-based Coverage Problem Formulation}
 \label{ch6:sec:03}
 
 
-\noindent In this  section, the coverage model is  mathematically formulated. We
-start  with a  description of  the notations  that will  be used  throughout the
-section.
+\noindent In  this  section,  the   perimeter-based  coverage  problem  is  mathematically formulated.    It    has    been    proved   to    be    a    NP-hard    problem by \cite{ref239}. Authors  study the coverage of  the perimeter of a  large object requiring  to be monitored.  For the proposed  formulation in this chapter,  the large  object to  be monitored  is the  sensor itself  (or more precisely its sensing area).
+
+The following notations are used  throughout the section.
 
-First, we have the following sets:
+First, the following sets:
 \begin{itemize}
-\item $J$ represents the set of sensor nodes;
-\item $A \subseteq J $ is the subset of alive sensors;
+\item $S$ represents the set of sensor nodes;
+\item $A \subseteq S $ is the subset of alive sensors;
 \item  $I_j$  designates  the  set  of  coverage  intervals  (CI)  obtained  for
-  sensor~$j$, which have been defined according to the  method introduced in section~\ref{ch6:sec:02:01}.
+  sensor~$j$.
 \end{itemize}
-First, for a coverage  interval $i$, let $a^j_{ik}$ denotes  the indicator function of whether  sensor~$k$ is involved
-in coverage interval~$i$ of sensor~$j$, that is:
+$I_j$ refers to the set of  coverage intervals which have been defined according to the  method introduced in  subsection~\ref{ch6:sec:02:01}. For a coverage  interval $i$, let $a^j_{ik}$ denote  the indicator function of whether  sensor~$k$ is involved in coverage interval~$i$ of sensor~$j$, that is:
 \begin{equation}
 a^j_{ik} = \left \{ 
 \begin{array}{lll}
@@ -238,64 +235,32 @@ a^j_{ik} = \left \{
        &       \mbox{coverage interval $i$ of sensor $j$}, \\
   0 & \mbox{otherwise.}\\
 \end{array} \right.
-%\label{eq12} 
-\notag
 \end{equation}
 Note that $a^k_{ik}=1$ by definition of the interval.
 
-Second,  we define  several binary  and integer  variables.  Hence,  each binary
-variable $X_{k}$  determines the activation of  sensor $k$ in the  sensing phase
-($X_k=1$ if  the sensor $k$  is active or 0  otherwise).  $M^j_i$ is  an integer
-variable  which  measures  the  undercoverage  for  the  coverage  interval  $i$
-corresponding to  sensor~$j$. In  the same  way, the  overcoverage for  the same
-coverage interval is given by the variable $V^j_i$.
-
-If we decide to sustain a level of coverage equal to $l$ all along the perimeter
-of sensor  $j$, we have  to ensure  that at least  $l$ sensors involved  in each
-coverage  interval $i  \in I_j$  of  sensor $j$  are active.   According to  the
-previous notations, the number of active sensors in the coverage interval $i$ of
-sensor $j$  is given by  $\sum_{k \in A} a^j_{ik}  X_k$.  To extend  the network
-lifetime,  the objective  is to  activate a  minimal number  of sensors  in each
-period to  ensure the  desired coverage  level. As the  number of  alive sensors
-decreases, it becomes impossible to reach  the desired level of coverage for all
-coverage intervals. Therefore, we use variables  $M^j_i$ and $V^j_i$ as a measure
-of the  deviation between  the desired  number of active  sensors in  a coverage
-interval and  the effective  number. And  we try  to minimize  these deviations,
-first to  force the  activation of  a minimal  number of  sensors to  ensure the
-desired coverage level, and if the desired level cannot be completely satisfied,
-to reach a coverage level as close as possible to the desired one.
-
-Our coverage optimization problem can then be mathematically expressed as follows: 
-%Objective:
-\begin{equation} %\label{eq:ip2r}
-\left \{
-\begin{array}{ll}
-\min \sum_{j \in J} \sum_{i \in I_j} (\alpha^j_i ~ M^j_i + \beta^j_i ~ V^j_i )&\\
-\textrm{subject to :}&\\
-\sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) + M^j_i  \geq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in J\\
-%\label{c1} 
-\sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) - V^j_i  \leq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in J\\
-% \label{c2}
-% \Theta_{p}\in \mathbb{N}, &\forall p \in P\\
-% U_{p} \in \{0,1\}, &\forall p \in P\\
-X_{k} \in \{0,1\}, \forall k \in A
-\end{array}
-\right.
-\notag
+Second,  several variables  are defined.   Hence, each  binary variable  $X_{k}$ determines the  activation of sensor  $k$ in the  sensing phase ($X_k=1$  if the sensor $k$ is active or 0 otherwise).   $M^j_i$ is a variable which measures the undercoverage for the coverage interval  $i$ corresponding to sensor~$j$. In the same  way, the  overcoverage for  the  same coverage  interval is  given by  the variable $V^j_i$.
+
+To sustain a  level of coverage equal  to $l$ all along the  perimeter of sensor $j$, at  least $l$  sensors involved in  each coverage interval  $i \in  I_j$ of sensor $j$ have  to be active.  According to the  previous notations, the number of  active sensors  in the  coverage  interval $i$  of  sensor $j$  is given  by $\sum_{k \in A} a^j_{ik} X_k$.  To extend the network lifetime, the objective is to activate  a minimal number  of sensors in each  period to ensure  the desired coverage level. As the number of  alive sensors decreases, it becomes impossible to reach  the desired level  of coverage  for all coverage  intervals. Therefore
+variables  $M^j_i$ and  $V^j_i$ are  introduced as  a measure  of the  deviation between the  desired number  of active  sensors in a  coverage interval  and the effective number.  And we try to  minimize these deviations, first  to force the activation of a minimal number of  sensors to ensure the desired coverage level, and if  the desired level  cannot be completely  satisfied, to reach  a coverage level as close as possible to the desired one.
+
+The coverage optimization problem can then be mathematically expressed as follows:
+\begin{equation}
+  \begin{aligned}
+    \text{Minimize } & \sum_{j \in S} \sum_{i \in I_j} (\alpha^j_i ~ M^j_i + \beta^j_i ~ V^j_i ) \\
+    \text{Subject to:} & \\
+    & \sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) + M^j_i  \geq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in S  \\
+    & \sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) - V^j_i  \leq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in S \\
+    & X_{k} \in \{0,1\}, \forall k \in A \\
+    & M^j_i, V^j_i \in \mathbb{R}^{+} 
+  \end{aligned}
 \end{equation}
-$\alpha^j_i$ and $\beta^j_i$  are nonnegative weights selected  according to the
-relative importance of satisfying the associated level of coverage. For example,
-weights associated with  coverage intervals of a specified part  of a region may
-be  given by a  relatively larger  magnitude than  weights associated  with another
-region. This kind of an integer program is inspired from the model developed for
-brachytherapy treatment planning  for optimizing dose  distribution
-\cite{0031-9155-44-1-012}. The integer  program must be solved by  the leader in
-each subregion at the beginning of  each sensing phase, whenever the environment
-has  changed (new  leader,  death of  some  sensors). Note  that  the number  of
-constraints in the model is constant  (constraints of coverage expressed for all
-sensors), whereas the number of variables $X_k$ decreases over periods, since we
-consider only alive  sensors (sensors with enough energy to  be alive during one
-sensing phase) in the model.
+
+If a given level of coverage $l$ is  required for one sensor, the sensor is said to be undercovered (respectively overcovered) if the level of coverage of one of its  CI  is  less  (respectively  greater)  than $l$.   If  the  sensor  $j$  is undercovered, there exists at least one of its CI (say $i$) for which the number of active  sensors (denoted by $l^{i}$)  covering this part of  the perimeter is less than $l$ and in this case : $M_{i}^{j}=l-l^{i}$, $V_{i}^{j}=0$. Conversely, if the sensor $j$ is overcovered, there exists  at least one of its CI (say $i$) for which the  number of active sensors (denoted by  $l^{i}$) covering this part of  the  perimeter  is  greater  than  $l$  and  in  this  case:  $M_{i}^{j}=0$, $V_{i}^{j}=l^{i}-l$.
+
+$\alpha^j_i$ and $\beta^j_i$  are nonnegative weights selected  according to the relative importance of satisfying the associated level of coverage. For example, weights associated with  coverage intervals of a specified part  of a region may be given by  a relatively larger magnitude than weights  associated with another region. This kind of mixed-integer program  is inspired from the model developed for   brachytherapy  treatment   planning  for   optimizing  dose   distribution \cite{0031-9155-44-1-012}.  The choice of the values for variables $\alpha$ and $\beta$  should be  made according  to the  needs of  the application.  $\alpha$ should be  large enough  to prevent  undercoverage and so  to reach  the highest
+possible coverage ratio. $\beta$ should  be large enough to prevent overcoverage and so to activate a minimum  number of sensors.  The mixed-integer program must be solved  by the  leader in  each subregion  at the  beginning of  each sensing phase, whenever the environment has changed (new leader, death of some sensors). Note that  the number of  constraints in the  model is constant  (constraints of coverage  expressed for  all sensors),  whereas  the number  of variables  $X_k$ decreases over periods, since only alive  sensors (sensors with enough energy to be alive during one sensing phase) are considered in the model.
+
+
 
 \section{Performance Evaluation and Analysis}
 \label{ch6:sec:04}
@@ -303,54 +268,15 @@ sensing phase) in the model.
 \subsection{Simulation Settings}
 \label{ch6:sec:04:01}
 
-The WSN  area of interest is  supposed to be divided  into 16~regular subregions. The simulation  parameters are summarized in Table~\ref{tablech4}.
-%Table~\ref{table3} gives the chosen parameters settings.
-%\begin{table}[ht]
-%\caption{Relevant parameters for network initialization.}
-%\centering
-%\begin{tabular}{c|c}
-%\hline
-%Parameter & Value  \\ [0.5ex]
-%\hline
-%Sensing field & $(50 \times 25)~m^2 $   \\
-%WSN size &  100, 150, 200, 250, and 300~nodes   \\
-%Initial energy  & in range 500-700~Joules  \\  
-%Sensing period & duration of 60 minutes \\
-%$E_{th}$ & 36~Joules\\
-%$R_s$ & 5~m   \\     
-%$\alpha^j_i$ & 0.6   \\
-%$\beta^j_i$ & 0.4
-%\end{tabular}
-%\label{table3}
-%\end{table}
-To obtain experimental results which are relevant,  simulations  with  five different node densities going from  100 to 300~nodes were performed considering each time 25~randomly  generated networks. The nodes are deployed  on a field of
+The WSN  area of interest is  supposed to be divided  into 16~regular subregions. The simulation  parameters are summarized in Table~\ref{tablech4}. To obtain experimental results which are relevant,  simulations  with  five different node densities going from  100 to 300~nodes were performed considering each time 25~randomly  generated networks. The nodes are deployed  on a field of
 interest of $(50 \times 25)~m^2 $ in such a way that they cover the field with a high coverage ratio. 
 %Each node has an  initial energy level, in Joules, which is randomly drawn in the interval $[500-700]$. If its energy provision reaches a value below  the threshold $E_{th}=36$~Joules,  the minimum energy needed  for a node  to stay  active during  one period,  it will no more  participate in the coverage task. This value corresponds to the energy needed by the sensing phase, obtained by multiplying the energy consumed in active state (9.72 mW) with the time in seconds for one  period (3600 seconds), and  adding the energy  for the pre-sensing phases. According  to the interval of initial energy,  a sensor may be active during at most 20 periods.
+%The values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ have been chosen to ensure a good network coverage and a longer WSN lifetime as shown in Table \ref{my-beta-alfa}. We set the values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ to 0.6 and 0.4 respectively.  We have given a higher priority to the undercoverage  (by  setting  the  $\alpha^j_i$ with  a  larger  value  than $\beta^j_i$)  so as  to prevent  the non-coverage  for the  interval~$i$ of  the sensor~$j$.  On the  other hand,  we have assigned to $\beta^j_i$ a value which is slightly lower so as to minimize the number of active sensor nodes which contribute in covering the interval.
 
 
-The values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ have been chosen to ensure a good network coverage and a longer WSN lifetime as shown in Table \ref{my-beta-alfa}. We set the values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ to 0.6 and 0.4 respectively.  We have given a higher priority to the undercoverage  (by  setting  the  $\alpha^j_i$ with  a  larger  value  than $\beta^j_i$)  so as  to prevent  the non-coverage  for the  interval~$i$ of  the sensor~$j$.  On the  other hand,  we have assigned to
-$\beta^j_i$ a value which is slightly lower so as to minimize the number of active sensor nodes which contribute in covering the interval.
+The values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ have been  chosen to ensure  a good network coverage  and a longer  WSN lifetime.  Higher  priority is given  to the undercoverage (by setting the $\alpha^j_i$ with a larger value than $\beta^j_i$) so as  to prevent the non-coverage  for the interval~$i$ of  the sensor~$j$.  On the other hand, $\beta^j_i$ is assigned to a value which is slightly lower so as to minimize the  number of active sensor nodes which  contribute in covering the interval. Section~\ref{sec:Impact} investigates more deeply how the values of
+both parameters affect the performance of PeCO protocol.
 
-\begin{table}[h]
-\centering
-\caption{The impact of $\alpha^j_i$ and $\beta^j_i$ on PeCO's  performance for 200 deployed nodes}
-\label{my-beta-alfa}
-\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
-\hline
-$\alpha^j_i$ & $\beta^j_i$ & $Lifetime_{50}$ & $Lifetime_{95}$ \\ \hline
-0.0 & 1.0 & 151 & 0 \\ \hline
-0.1 & 0.9 & 145 & 0 \\ \hline
-0.2 & 0.8 & 140 & 0 \\ \hline
-0.3 & 0.7 & 134 & 0 \\ \hline
-0.4 & 0.6 & 125 & 0 \\ \hline
-0.5 & 0.5 & 118 & 30 \\ \hline
-0.6 & 0.4 & 94 & 57 \\ \hline
-0.7 & 0.3 & 97 & 49 \\ \hline
-0.8 & 0.2 & 90 & 52 \\ \hline
-0.9 & 0.1 & 77 & 50 \\ \hline
-1.0 & 0.0 & 60 & 44 \\ \hline
-\end{tabular}
-\end{table}
 
 With the performance metrics, described in section \ref{ch4:sec:04:04}, we evaluate the efficiency of our approach. We use the modeling language and the optimization solver which are mentioned in section \ref{ch4:sec:04:02}. In addition, we use the same energy consumption model, as previously, described in section \ref{ch4:sec:04:03}.
 
@@ -368,16 +294,8 @@ PeCO protocol is  compared with three other approaches. DESK \cite{DESK}, GAF~\c
 \subsubsection{Coverage Ratio}
 \label{ch6:sec:04:02:01}
 
-Figure~\ref{fig333}  shows the  average coverage  ratio for  200 deployed  nodes obtained with the  four protocols. DESK, GAF, and DiLCO  provide a slightly better
-coverage ratio with respectively 99.99\%,  99.91\%, and 99.02\%, compared to the 98.76\%
-produced by  PeCO for the  first periods. This  is due to  the fact that  at the
-beginning the DiLCO protocol  puts to  sleep status  more redundant  sensors (which
-slightly decreases the coverage ratio), while the three other protocols activate
-more sensor  nodes. Later, when the  number of periods is  beyond~70, it clearly
-appears that  PeCO provides a better  coverage ratio and keeps  a coverage ratio
-greater  than 50\%  for  longer periods  (15  more compared  to  DiLCO, 40  more
-compared to DESK). The energy saved by  PeCO in the early periods allows later a
-substantial increase of the coverage performance.
+Figure~\ref{fig333}  shows the  average coverage  ratio for  200 deployed  nodes obtained with the  four protocols. DESK, GAF, and DiLCO  provide a slightly better coverage ratio with respectively 99.99\%,  99.91\%, and 99.02\%, compared to the 98.76\% produced by  PeCO for the  first periods. This  is due to  the fact that  at the beginning the DiLCO and PeCO protocols  put to  sleep status  more redundant  sensors (which slightly decreases the coverage ratio), while the two other protocols activate more sensor  nodes. Later, when the  number of periods is  beyond~70, it clearly
+appears that  PeCO provides a better  coverage ratio and keeps  a coverage ratio greater  than 50\%  for  longer periods  (15  more compared  to  DiLCO, 40  more compared to DESK). The energy saved by  PeCO in the early periods allows later a substantial increase of the coverage performance.
 
 \parskip 0pt    
 \begin{figure}[h!]
@@ -392,15 +310,8 @@ substantial increase of the coverage performance.
 \subsubsection{Active Sensors Ratio}
 \label{ch6:sec:04:02:02}
 
-Having the less active sensor nodes in  each period is essential to minimize the
-energy consumption  and thus to  maximize the network  lifetime.  Figure~\ref{fig444}
-shows the  average active nodes ratio  for 200 deployed nodes.   We observe that
-DESK and  GAF have 30.36  \% and  34.96 \% active  nodes for the  first fourteen
-rounds and  DiLCO and PeCO  protocols compete perfectly  with only 17.92  \% and
-20.16 \% active  nodes during the same  time interval. As the  number of periods
-increases, PeCO protocol  has a lower number of active  nodes in comparison with
-the three other approaches, while keeping a greater coverage ratio as shown in
-Figure \ref{fig333}.
+Having the less active sensor nodes in  each period is essential to minimize the energy consumption  and thus to  maximize the network  lifetime.  Figure~\ref{fig444} shows the  average active nodes ratio  for 200 deployed nodes.   We observe that DESK and  GAF have 30.36  \% and  34.96 \% active  nodes for the  first fourteen rounds, and  DiLCO and PeCO  protocols compete perfectly  with only 17.92  \% and 20.16 \% active  nodes during the same  time interval. As the  number of periods increases, PeCO protocol  has a lower number of active  nodes in comparison with
+the three other approaches, while keeping a greater coverage ratio as shown in Figure \ref{fig333}.
 
 \begin{figure}[h!]
 \centering
@@ -412,15 +323,8 @@ Figure \ref{fig333}.
 \subsubsection{Energy Consumption}
 \label{ch6:sec:04:02:03}
 
-We studied the effect of the energy  consumed by the WSN during the communication,
-computation, listening, active, and sleep status for different network densities
-and  compared  it for  the  four  approaches.  Figures~\ref{fig3EC}(a)  and  (b)
-illustrate  the  energy   consumption  for  different  network   sizes  and  for
-$Lifetime95$ and  $Lifetime50$. The results show  that our PeCO protocol  is the
-most competitive  from the energy  consumption point of  view. As shown  in both
-figures, PeCO consumes much less energy than the three other methods.  \\ \\ \\ \\ \\ \\
-
-One might think that the  resolution of the integer  program is too costly  in energy, but the  results show  that it  is very  beneficial to  lose a  bit of time in the selection of  sensors to  activate.  Indeed the optimization program  allows to reduce significantly the number of active  sensors and so the energy consumption while keeping a good coverage level.
+We studied the effect of the energy  consumed by the WSN during the communication, computation, listening, active, and sleep status for different network densities and  the  four  approaches compared.  Figures~\ref{fig3EC}(a)  and  (b) illustrate  the  energy   consumption  for  different  network   sizes  and  for $Lifetime95$ and  $Lifetime50$. The results show  that our PeCO protocol is the most competitive from the energy consumption point of  view. As shown  by both figures, PeCO consumes much less energy than the other methods.  
+One might think that the  resolution of the integer  program is too costly  in energy, but the  results show  that it  is very  beneficial to  lose a  bit of time in the selection of  sensors to  activate.  Indeed the optimization program  allows to reduce significantly the number of active  sensors and so the energy consumption while keeping a good coverage level. Let  us notice that the energy overhead  when increasing network size is the lowest with PeCO.
 
 \begin{figure}[h!]
   \centering
@@ -438,10 +342,10 @@ One might think that the  resolution of the integer  program is too costly  in e
 \label{ch6:sec:04:02:04}
 
 We observe the superiority of PeCO and DiLCO protocols in comparison with the two other   approaches in  prolonging the network lifetime. In
-Figures~\ref{fig3LT}(a)  and (b),  $Lifetime95$ and  $Lifetime50$ are  shown for different  network  sizes.   As  highlighted  by  these  figures,  the  lifetime increases with the size  of the network, and it is clearly   largest for the DiLCO and the PeCO  protocols.  For instance,  for a  network of 300~sensors  and coverage ratio greater than 50\%, we can  see on Figure~\ref{fig3LT}(b) that the lifetime is about twice longer with  the PeCO compared to the DESK protocol.  The performance difference    is    more    obvious   in    Figure~\ref{fig3LT}(b) than in Figure~\ref{fig3LT}(a) because the gain induced  by our protocols increases with  time, and the lifetime with a coverage  of 50\% is far  longer than with
+Figures~\ref{fig3LT}(a)  and (b),  $Lifetime95$ and  $Lifetime50$ are  shown for different  network  sizes.   As  can be seen in  these  figures,  the  lifetime increases with the size  of the network, and it is clearly   largest for the DiLCO and the PeCO  protocols.  For instance,  for a  network of 300~sensors  and coverage ratio greater than 50\%, we can  see on Figure~\ref{fig3LT}(b) that the lifetime is about twice longer with  the PeCO compared to the DESK protocol.  The performance difference    is    more    obvious   in    Figure~\ref{fig3LT}(b) than in Figure~\ref{fig3LT}(a) because the gain induced  by our protocols increases with  time, and the lifetime with a coverage  of 50\% is far  longer than with
 95\%. 
 
-\begin{figure} [p]
+\begin{figure} [h!]
   \centering
   \begin{tabular}{@{}cr@{}}
     \includegraphics[scale=0.8]{Figures/ch6/R/LT95.eps} & \raisebox{4cm}{(a)} \\  
@@ -451,20 +355,45 @@ Figures~\ref{fig3LT}(a)  and (b),  $Lifetime95$ and  $Lifetime50$ are  shown for
   \label{fig3LT}
 \end{figure} 
 
-Figure~\ref{figLTALL}  compares  the  lifetime  coverage of  our  protocols  for
-different coverage  ratios. We denote by  Protocol/50, Protocol/80, Protocol/85,
-Protocol/90, and  Protocol/95 the amount  of time  during which the  network can
-satisfy an area coverage greater than $50\%$, $80\%$, $85\%$, $90\%$, and $95\%$
-respectively, where the term Protocol refers to  DiLCO  or PeCO.  Indeed there  are applications that do not require a 100\% coverage of  the area to be monitored. PeCO might be an interesting  method since  it achieves  a good balance  between a  high level coverage ratio and network lifetime. PeCO always outperforms DiLCO for the three lower  coverage  ratios,  moreover  the   improvements  grow  with  the  network size. DiLCO is better  for coverage ratios near 100\%, but in  that case PeCO is not ineffective for the smallest network sizes.
+Figure~\ref{figLTALL}  compares  the  lifetime  coverage of  our  protocols  for different coverage  ratios. We denote by  Protocol/50, Protocol/80, Protocol/85, Protocol/90, and  Protocol/95 the amount  of time  during which the  network can satisfy an area coverage greater than $50\%$, $80\%$, $85\%$, $90\%$, and $95\%$ respectively, where the term Protocol refers to  DiLCO  or PeCO.  Indeed there  are applications that do not require a 100\% coverage of  the area to be monitored. PeCO might be an interesting  method since  it achieves  a good balance  between a  high level coverage ratio and network lifetime. PeCO always outperforms DiLCO for the three lower  coverage  ratios,  moreover  the   improvements  grow  with  the  network size. DiLCO is better  for coverage ratios near 100\%, but in  that case PeCO is not ineffective for the smallest network sizes.
 
-\begin{figure} [p]
+\begin{figure} [h!]
 \centering \includegraphics[scale=0.8]{Figures/ch6/R/LTa.eps}
 \caption{Network lifetime for different coverage ratios.}
 \label{figLTALL}
 \end{figure}
 
+\subsubsection{Impact of $\alpha$ and $\beta$ on PeCO's performance}
+\label{sec:Impact}
+
+Table~\ref{my-labelx}  shows network  lifetime results  for different  values of $\alpha$ and $\beta$, and  a network size equal to 200 sensor  nodes. On the one hand, the choice  of $\beta \gg \alpha$ prevents the  overcoverage, and so limit the activation of a large number of  sensors, but as $\alpha$ is low, some areas may be poorly covered.  This explains  the results obtained for {\it Lifetime50} with $\beta \gg \alpha$: a large number  of periods with low coverage ratio.  On the other hand, when we choose $\alpha \gg \beta$, we favor the coverage even if some areas may  be overcovered, so high  coverage ratio is reached,  but a large number  of  sensors are  activated  to  achieve  this goal.   Therefore  network
+lifetime is reduced.   \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ 
+The choice $\alpha=0.6$ and $\beta=0.4$  seems to achieve the best compromise  between lifetime and coverage ratio. That  explains why we have  chosen  this  setting  for  the  experiments  presented  in  the  previous subsections.
+
+\begin{table}[h!]
+\centering
+\caption{The impact of $\alpha$ and $\beta$ on PeCO's performance}
+\label{my-labelx}
+\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
+\hline
+$\alpha$ & $\beta$ & $Lifetime_{50}$ & $Lifetime_{95}$ \\ \hline
+0.0 & 1.0 & 151 & 0 \\ \hline
+0.1 & 0.9 & 145 & 0 \\ \hline
+0.2 & 0.8 & 140 & 0 \\ \hline
+0.3 & 0.7 & 134 & 0 \\ \hline
+0.4 & 0.6 & 125 & 0 \\ \hline
+0.5 & 0.5 & 118 & 30 \\ \hline
+{\bf 0.6} & {\bf 0.4} & {\bf 94} & {\bf 57} \\ \hline
+0.7 & 0.3 & 97 & 49 \\ \hline
+0.8 & 0.2 & 90 & 52 \\ \hline
+0.9 & 0.1 & 77 & 50 \\ \hline
+1.0 & 0.0 & 60 & 44 \\ \hline
+\end{tabular}
+\end{table}
+
+
 
- %\FloatBarrier
 \section{Conclusion} 
 \label{ch6:sec:05}
 
index 978f736fe554582b9ff38536ce89be1961516b70..e3dbc7402d9edb21634f39492f18a2b0cacffd9d 100644 (file)
 Les réseaux de capteurs sans fil ont suscité beaucoup de travaux de recherche au cours des dernières années en raison de leur large gamme d'applications potentielles. Les caractéristiques des n\oe uds capteurs imposent des contraintes de consommation d'énergie et de capacité de traitement qui rendent caduque les protocoles des réseaux ad-hoc sans fil, avec de nombreux défis à résoudre. Parmi ces défis, on peut noter la préservation de la couverture, le contrôle de la topologie, le routage, la fusion de données, la sécurité, etc. La préservation de la couverture d'une région à surveiller, de manière permanente et efficace, tout en empêchant autant que possible un dysfonctionnement du réseau en raison du déchargement de la batterie de certains n\oe uds, est une des problématiques  de recherche majeures.   
 
 
-Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème de la préservation de la couverture, ainsi qu'à l'efficatité qui est une exigence essentielle dans un réseau de capteurs sans fil. Nous avons étudié  les protocoles d'optimisation distribués avec l'objectif ultime de prolonger la durée de vie opérationnelle du réseau. Les protocoles proposés doivent être efficaces en  consommation énergétique induite par les calculs et les communications. Pour résoudre le problème, nous avons proposé des nouvelles approches en deux étapes. Dans un premier temps, la  région à  surveiller est divisée en petites sous-régions en utilisant le concept de la méthode diviser pour mieux régner. Dans un second temps, un protocole est exécuté par chacun des n\oe uds capteurs dans chaque sous-région, afin d'optimiser la couverture et la durée de vie du réseau. Nous proposons trois protocoles distribués qui combinent, chacun, deux techniques efficaces: l'élection d'un n\oe ud leader dans chaque sous-région, suivie par la mise en oeuvre par celui-ci d'un processus de décision via l'optimisation de l'ordonnancement d'activité des n\oe uds capteurs de sa sous-région. 
+Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème de la préservation de la couverture, ainsi qu'à efficacité qui est une exigence essentielle dans un réseau de capteurs sans fil. Nous avons étudié  les protocoles d'optimisation distribués avec l'objectif de prolonger la durée de vie opérationnelle du réseau. Les protocoles proposés doivent être efficaces en  consommation énergétique induite par les calculs et les communications. Pour résoudre le problème, nous avons proposé des nouvelles approches qui s'articulen autour de deux étapes. Dans un premier temps, la  région à  surveiller est divisée en petites sous-régions en utilisant le concept de la méthode diviser pour mieux régner. Dans un second temps, un protocole est exécuté par chacun des n\oe uds capteurs dans chaque sous-région, afin d'optimiser la couverture et la durée de vie du réseau. Nous proposons trois protocoles distribués qui combinent, chacun, deux techniques efficaces: l'élection d'un n\oe ud leader dans chaque sous-région, suivie par la mise en oeuvre par celui-ci d'un processus d'ordonnancement d'activité des n\oe uds capteurs de sa sous-région. 
 
-Le premier protocole proposé est appelé DiLCO, pour Distributed Lifetime Coverage Optimization. Dans ce protocole, la durée de vie est divisée en périodes, avec chaque période qui est composée de 4 phases: échange d'informations entre les n\oe uds d'une sous-région, élection d'un n\oe ud leader, décision et surveillance. Le processus de décision est mis en oeuvre par le n\oe ud leader en résolvant un programme linéaire en nombres entiers qui permet de définir un seul ensemble de n\oe uds de capteurs devant être actifs pour assurer la couverture durant la période courante. 
+Le premier protocole proposé est appelé DiLCO, pour Distributed Lifetime Coverage Optimization. Dans ce protocole, la durée de vie est divisée en périodes, avec chaque période qui est composée de 4 phases: échange d'informations entre les n\oe uds d'une sous-région, élection d'un n\oe ud leader, phase de  décision et surveillance. Le processus de décision est mis en oeuvre par le n\oe ud leader en résolvant un programme linéaire en nombres entiers qui permet de définir l'ensemble des n\oe uds de capteurs devant être actifs pour assurer la couverture durant la période courante. 
 
 
-Dans le second protocole, qui est une évolution de DiLCO, nous cherchons à construire simultanément plusieurs ensembles de n\oe uds de capteurs de couverture pour la phase de surveillance. Cette  dernière est ainsi divisée en "rondes" de surveillance, d'où le nom Multiround DiLCO ou MuDiLCO donné à ce protocole. Le processus de décision est toujours effectué par un n\oe ud leader, qui détermine les ensembles de n\oe uds capteurs à activer successivement via la résolution d'un nouveau programme linéaire en nombres entiers.
+Dans le second protocole, qui est une évolution de DiLCO, nous cherchons à construire simultanément plusieurs ensembles de n\oe uds de capteurs de couverture pour la phase de surveillance. Cette  dernière est ainsi divisée en "rounds" de surveillance, d'où le nom Multiround DiLCO ou MuDiLCO donné à ce protocole. Le processus de décision est toujours effectué par un n\oe ud leader, qui détermine les ensembles de n\oe uds capteurs à activer successivement via la résolution d'un nouveau programme linéaire en nombres entiers.
 
 
 
 
 %Ensuite, nous avons étudié le problème de l'optimisation multi-ronde de la zone de couverture dans un réseau de capteurs sans fil. Nous avons proposé le protocole d'optimisation multi-ronde distribué de la durée de vie de couverture (MuDiLCO) pour étudier la possibilité de fournir plusieurs ensembles de n\oe uds de capteurs de couverture pour la phase de surveillance. Ce protocole travaille également en périodes pendant lesquelles les ensembles de capteurs sont programmés pour rester actifs pour un certain nombre de rondes durant la phase de surveillance, pour assurer la couverture et maximiser la durée de vie du réseau. Le processus de décision est toujours effectué par le n\oe ud leader qui résout un programme entier pour définir un meilleur ensemble de capteurs à être utilisé pendant les rondes de la phase de surveillance.
 
-Enfin, nous avons proposé un protocole d'optimisation de la couverture basé sur le périmètre des n\oe uds de capteurs (PeCO), qui est aussi un protocole distribué sur les n\oe uds de capteurs dans chaque sous-région. Notre contribution dans ce protocole consiste essentiellement dans la proposition d'un nouveau modèle mathématique de l'optimisation basé sur le périmètre de couverture pour l'ordonnancement de l'activité des capteurs. Un nouveau programme entier du modèle de couverture est résolu par le leader durant la phase de décision pour définir un ensemble de capteurs de couverture pour la phase de surveillance.
+Enfin, nous avons proposé un protocole d'optimisation de la couverture basé sur la couverture périmètre du capteurs (PeCO), qui est aussi un protocole distribué sur les n\oe uds de capteurs dans chaque sous-région. Notre contribution dans ce protocole consiste essentiellement dans la proposition d'un nouveau modèle d'optimisation basé sur le périmètre de couverture pour l'ordonnancement de l'activité des capteurs. Ce modèle de couverture est résolu par le leader durant la phase de décision pour définir un ensemble de capteurs actifs pour la phase de surveillance.
 
-Nous avons effectué plusieurs simulations en utilisant le simulateur à évènements discrets OMNeT++ pour valider l'efficacité de nos protocoles proposés. Nous avons pris en considération les caractéristiques d'un capteur Medusa II pour la consommation d'énergie et le temps de calcul. En comparaison avec deux autres méthodes existantes, nos protocoles ont la capacité d'augmenter la durée de vie du réseau de capteurs et d'améliorer les performances de couverture.
+Nous avons effectué plusieurs simulations en utilisant le simulateur à évènements discrets OMNeT++ pour valider l'efficacité de nos protocoles. Nous avons pris en considération les caractéristiques d'un capteur Medusa II pour la consommation d'énergie et le temps de calcul. En comparaison avec deux autres méthodes existantes, nos protocoles ont la capacité d'augmenter la durée de vie du réseau de capteurs et d'améliorer les performances de couverture.
 
 \textbf{MOTS-CLÉS:} Réseaux de capteurs sans fil, Zone de couverture, Durée de vie du réseau, Optimisation Distribué, Ordonnancement.
 
index 44067d77b504b5e253ada98f504fc6b3d125c72b..5d6f0694e3ec2c89d701b8a4287fb04a70d41031 100644 (file)
@@ -94,8 +94,9 @@
 \contentsline {subsection}{\numberline {6.4.2}Simulation Results}{120}{subsection.6.4.2}
 \contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.1}Coverage Ratio}{120}{subsubsection.6.4.2.1}
 \contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.2}Active Sensors Ratio}{120}{subsubsection.6.4.2.2}
-\contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.3}Energy Consumption}{120}{subsubsection.6.4.2.3}
-\contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.4}Network Lifetime}{122}{subsubsection.6.4.2.4}
+\contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.3}Energy Consumption}{121}{subsubsection.6.4.2.3}
+\contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.4}Network Lifetime}{121}{subsubsection.6.4.2.4}
+\contentsline {subsubsection}{\numberline {6.4.2.5}Impact of $\alpha $ and $\beta $ on PeCO's performance}{122}{subsubsection.6.4.2.5}
 \contentsline {section}{\numberline {6.5}Conclusion}{126}{section.6.5}
 \contentsline {part}{III\hspace {1em}Conclusion and Perspectives}{127}{part.3}
 \contentsline {chapter}{\numberline {7}Conclusion and Perspectives}{129}{chapter.7}
diff --git a/bib.bib b/bib.bib
index 1dada04810875ce359cc58b059948e3b995bf643..24ed356b17573e6aac61c362fdebe6d6e6afdcdf 100644 (file)
--- a/bib.bib
+++ b/bib.bib
@@ -2257,3 +2257,11 @@ pages={1-6}
   year={2009},
   publisher={Wiley}
 }
+
+@article{ref239,
+author = {Hung,  Ka-Shun and Lui, King-Shan},
+title = {Perimeter Coverage Scheduling in Wireless Sensor Networks Using Sensors with a Single Continuous Cover Range},
+journal = {EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking },
+volume = {2010},
+year = {2010}
+}
\ No newline at end of file