Wireless body area networks : co-channel interference mitigation & avoidance
Planification des réseaux de capteurs médicaux sous contrainte d'optimisation de l'énergie
par Ali Mohamad Jaafar sous la direction de Mehaoua Ahmed et de Moungla Hassine
Thèse de doctorat en Informatique et réseaux
École doctorale Informatique, Télécommunications et Electronique

Soutenue le Saturday 09 September 2017 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Monitorage médical
  • Réseaux corporels sans fils

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Mots clés
Computers and networks
Resumé
L'amélioration de la qualité et de l'efficacité en santé est un réel enjeu sociétal. Elle implique la surveillance continue des paramètres vitaux ou de l'état mental du sujet. Les champs d'applications sont vastes : l'application la plus importante est la surveillance des patients à distance. Les avancées en micro-électronique, capteurs et réseaux sans-fil permettent aujourd'hui le développement de systèmes ambulatoires performants pour le monitoring de paramètres physiologiques, capables de prendre en compte d'importantes contraintes techniques : forte intégration pour la réduction de la taille et faible consommation pour une plus grande autonomie [1]. Cependant, la conception de ce type de réseaux de capteurs médicaux WBANs (Wireles Body Area Networks) se heurte à un certain nombre de difficultés techniques, provenant des contraintes imposées par les capacités réduites des capteurs individuels : basse puissance, énergie limitée et faible capacité de stockage. Ces difficultés requièrent des solutions différentes, encore très embryonnaires, selon l'application visée (monitoring à but médical). La forte mobilité et le changement rapide de la topologie du réseau dévoilent un verrou scientifique et social. En outre, l'interférence de différents capteurs constituant le WBAN augmente la difficulté de la mise en place de ce type de réseaux. De nombreuses solutions dans la littérature ont été étudiées, comme nous allons illustrer dans ce manuscrit, néanmoins elles restent limitées. Nous nous intéresserons tout particulièrement à la gestion des interférences Intra- et Inter-WBAN, leur impacte sur la fiabilité des transmissions (des liens) et la durée de vie de ce type de réseaux. Plus précisément, nous abordons ces problématiques en se basant sur des modélisations théoriques et analytiques et avec une conception pratique des solutions proposées. Afin d'atteindre les objectifs cités ci-dessous, nous abordons quatre solutions : ¿ Une gestion des interférences intra-WBAN ¿ Une gestion coopérative des interférences Inter-WBAN ¿ Une gestion non coopérative des interférences, Inter-WBAN ¿ Une gestion des interférences WBAN dans un contexte IoT Dans la première partie de cette thèse et afin de répondre en partie aux problèmes de gestion des interférences Intra-WBAN. Nous présentons deux mécanismes pour le WBAN : (a) CFTIM qui alloue dynamiquement des slots et des canaux dit- stables (avec un taux d'interférences le bas possible dans le temps) pour réduire les interférences intra-WBAN. (b) IAA ajuste dynamiquement la taille du superframe et limite le nombre de canaux à 2 pour abaisser les interférences Intra-WBAN et ainsi économiser l'énergie. Une validation avec un model probabiliste est proposé afin de valider théoriquement l'efficacité de notre solution. Les résultats de la simulation démontrent l'efficacité du CFTIM et de l'IAA en termes de réduction de la probabilité d'interférence, l'extension de la durée de vie du réseau et l'amélioration du débit et de la fiabilité des transmissions. Notre seconde contribution, propose une gestion coopératives des interférences Inter-WBAN en utilisant des codes orthogonaux. Motivé par un approvisionnement temporel distribué basé sur la norme [2] IEEE 802.15.6, nous proposons deux solutions. (a) DTRC qui fournit à chaque WBAN les connaissances sur les superframes qui se chevauchent. Le second, (b) OCAIM qui attribue des codes orthogonaux aux capteurs appartenant à deux listes de groupe de capteur en interférences de deux WBAN différents (SIL). Les résultats démontrent qu'OCAIM diminue les interférences, améliore le débit et préserve la ressources énergétiques. La troisième partie nous a permis d'aborder la gestion des interférences, mais cette fois ci d'une manière non-coopérative en se basant sur l'affectation couple Slot/Canal. Plus précisément, nous proposons deux schémas basés sur les carrés latins. (...)