Optimisation multicritères de la qualité de service dans les réseaux

UNIVERSITÉ MOHAMMED V
FACULTÉ DES SCIENCES
Rabat
N° d’ordre : 2770
Thèse de Doctorat
En cotutelle entre l’Université Mohammed V et l’Université de Valenciennes et du
Hainaut-Cambrésis
Présentée par
Othmane ALAOUI FDILI
Titre
Optimisation multicritères de la qualité de service dans les
réseaux de capteurs multimédia sans fil
Discipline : Sciences de l’ingénieur
Spécialité : Informatique et Télécommunications
Soutenue le 10/06/2015, devant le jury composé de :
Président :
Mohamed NAJIM
Examinateurs :
Driss ABOUTAJDINE
François-Xavier COUDOUX
Yannis POUSSET
Sanaa EL FKIHI
Khalid MINAOUI
Youssef FAKHRI
Patrick CORLAY
Pr. des universités, Université Bordeaux 1, France
PES, Faculté des Sciences de Rabat, Maroc
Pr. des universités, Université de Valenciennes et
du Hainaut-Cambrésis, France
Pr. des universités, Université de Poitiers, France
PH, École nationale supérieure d'informatique et
d'analyse des systèmes, Maroc
PH, Faculté des Sciences de Rabat, Maroc
PH, Faculté des Sciences de Kénitra, Maroc
MCF HDR, Université de Valenciennes et du
Hainaut-Cambrésis, France
Faculté des Sciences, 4 Avenue Ibn Battouta B.P. 1014 RP, Rabat – Maroc
Tel +212 (0) 37 77 18 34/35/38, Fax : +212 (0) 37 77 42 61, http://www.fsr.ac.ma
UNIVERSITÉ MOHAMMED V
FACULTÉ DES SCIENCES
Rabat
Résumé :
Les progrès réalisés en systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) couplés avec leur convergence vers les
systèmes de communication sans fil, ont permis l'émergence des réseaux de capteurs sans fil (RCSF)
comme une nouvelle solution pour la surveillance des environnements intérieurs et extérieurs. Ils sont
composés d'un grand nombre de nœuds capteurs sans fil interconnectés, qui sont en mesure de recueillir
des informations, de les traiter puis de collaborer pour les acheminer vers la destination, via des
transmissions multi-sauts à courte portée. Ces nœuds sont limités en termes de mémoire, de traitement et
surtout en termes d'énergie. Par conséquent, tous les efforts sont fournis pour proposer des solutions
économes en énergie, prolongeant ainsi la durée de vie du réseau autant que possible. Avec les récents
développements des technologies CMOS, des capteurs d'images de taille très réduite à faible coût ont été
développés. En conséquence, un nouveau dérivé des RCSF, qui sont les Réseaux de Capteurs Vidéo Sans
Fil (RCVSF), a été proposé. Dans un RCVSF, les nœuds vidéo capturent la scène, compressent le flux, puis
transmettent les données vers le Sink. La particularité des données vidéo ainsi que les contraintes
inhérentes aux nœuds ont introduit de nouveaux défis pour la communauté des chercheurs en RCSF.
Dans cette thèse, nous proposons deux solutions basées sur l'approche inter-couches pour la livraison de la
vidéo sur les RCVSF. La première solution propose un nouveau schéma de compression vidéo adaptatif,
efficace en énergie et basé sur la norme de compression vidéo H.264/AVC. Le schéma de compression
permet de coder la séquence d'images sous la forme de deux flux séparés: le premier contient les données
appartenant aux zones d'intérêt à l'intérieur de la scène; le second correspond au reste de l'image. Cette
distinction permet d'introduire le paradigme de la différentiation de service qui est fortement recommandé
pour les RCVSF. Le flux vidéo est ensuite géré par une version améliorée du protocole MMSPEED que
nous proposons et notons EQBSA-MMSPEED. Ce dernier adopte une fonction d'attribution de scores
étendue, pondérant l'énergie résiduelle des nœuds, l'espace disponible dans leurs files d'attente ainsi que
leur délai. L'évaluation des performances de la première solution en la comparant à une approche basique
et en ne tenant compte que de l'énergie dissipée par les transmissions, montre que la durée de vie du
réseau est étendue de 33%, tout en améliorant la qualité du flux vidéo reçu de 12%.
Dans la deuxième solution, nous enrichissons notre schéma de compression de modèles mathématiques
pour prévoir la consommation d'énergie et la distorsion de l'image lors des phases d'encodage et de
transmission. Par conséquent, la couche application peut adapter sa configuration, sur la base des retours
des couches inférieures, afin de diminuer la consommation globale d'énergie tout en fournissant la qualité
vidéo souhaitée. Ensuite, le flux vidéo est géré par un nouveau protocole de routage efficace en énergie et à
fiabilité améliorée noté ERMM. En effet, ce protocole considère dans un premier temps les nœuds voisins
dont l'énergie résiduelle est supérieure à la moyenne sur un voisinage donné, puis attribut les scores
pondérant la fiabilité et le délai. Par ailleurs, ERMM introduit une meilleure interaction avec la couche
application. Comparée à une approche basique et en incluant l'énergie d'encodage vidéo dans le bilan
énergétique, cette deuxième solution réalise une extension de la durée de vie du réseau de 15% tout en
améliorant la qualité du flux vidéo reçu de 35%.
Mots-clefs: Conception inter-couches; Prédiction de l'énergie et de la distorsion; Compression Vidéo
H.264/AVC; Routage fiable et efficace en énergie; Réseaux de Capteurs Vidéo Sans Fil.
Faculté des Sciences, 4 Avenue Ibn Battouta B.P. 1014 RP, Rabat – Maroc
Tel +212 (0) 37 77 18 34/35/38, Fax : +212 (0) 37 77 42 61, http://www.fsr.ac.ma