Étude et analyse de la performance du système coopératif «MIMO-Virtuel» pour les réseaux de capteurs sans fil

Abstract

Les réseaux de capteurs sans fil posent de nombreux défis de conception. Ils doivent en particulier capter les informations provenant de l'environnement, traiter les données acquises puis les retransmettre. La durée de vie doit atteindre en général plusieurs dizaines d'années selon les applications, sans intervention extérieure, même si on considère des batteries rechargeables. Il est donc nécessaire d'optimiser la consommation énergétique à tous les niveaux. Les systèmes à antennes multiples tant à l'émission qu'à la réception (MIMO : Multi Input Multi Output) nécessitent moins d'énergie pour une transmission au même taux d'erreur binaire (TEB) que les systèmes mono-antenne (SISO : Single Input Single Output). L'efficacité énergétique des transmissions MIMO est particulièrement utile pour les réseaux de capteurs sans fil où chaque noeud doit fonctionner sans échange ou recharge de batterie pendant très longtemps. De ce fait, la consommation d'énergie est la contrainte la plus importante à prendre en considération. Cependant, l'application directe des techniques MIMO dans ce contexte est difficile étant donnée la taille limitée des noeuds qui, a priori, ne peuvent supporter qu'une seule antenne. La coopération entre les capteurs est possible à l'émission et la réception pour former un système nommé MIMO-Coopératif. Ce système peut alors jouer un rôle particulièrement important pour les transmissions à moyenne ou longue distance où l'énergie de transmission domine la consommation globale. Ce travail de thèse consiste à résoudre le problème d'allocation de la puissance optimale en considérant un médium adapté au contexte de MIMO-Coopératif. En premier lieu, la batterie est supposée non-rechargeable et non-remplaçable. Pour ce type de batteries, on considère deux contraintes de la qualité de service à savoir le SNR et le SEP total, sous deux types de canaux (orthogonaux / non-orthogonaux) et sous différentes architectures. Ensuite, une extension pour le cas des batteries rechargeables est étudiée, où les noeuds sont en mesure de collecter l'énergie de leur environnement. On considère dans ce cas les mêmes contraintes de la qualité de services en utilisant des canaux orthogonaux. Nous proposons de nouvelles stratégies d'allocation de la puissance optimale qui s'adaptent à l'arrivée des énergies.