Utilisation de la Récolte Énergétique pour l’Amélioration de la Duréede Vie des Réseaux de Capteurs Sans Fil

Abstract

La récupération d’énergie est le processus qui consiste à obtenir de l’énergie à partir de l’environnement externe (Comme: la lumière solaire et artificielle, les mouvements vibratoires, la chaleur, le rayonnement électromagnétique, etc.) et de transformer cette énergie en une énergie électrique, directement utilisable ou emmagasinée afin de servir ultérieurement au fonctionnement d'appareils de petite taille. L’énergie récupérée est généralement très faible (de l’ordre du mJ) par rapport aux systèmes de récupération d’énergie à grande échelle tels que les fermes solaires ou encore les fermes d’éoliennes. Cette récolte de l’énergie ambiante peut être utilisée pour alimenter de petits capteurs autonomes sans fil qui ont de petites batteries et qui sont déployés dans des endroits éloignés ou hostiles pour la détection d’évènements. De ce fait, l’intégration des systèmes de la récolte énergétique est une solution prometteuse pour prolonger la durée de vie des capteurs et améliorer leurs performances. Dans cette thèse, nous nous intéressons à cette problématique. L’utilisation de la technique de récupération énergétique pour les réseaux de capteurs sans fil. Plus précisément, l’objectif est d’adapter le fonctionnement du réseau aux cycles de recharge décharge des capteurs. Il s’agit d’une façon générale, de basculer entre deux états (veille et réveil) en se basant sur la technique duty-cycle (i.e., un capteur avec un niveau d'énergie inférieur sélectionne une période de veille plus longue pour collecter autant d'énergie que possible avant de passer à l’état de déchargement (réveil) où l'énergie déposée est consommée). En effet, puisque le réveil d'un capteur ne peut pas être estimé avec précision, du fait que le taux exact d'énergie récolté par le capteur fluctue dans le temps, il est très difficile de s'assurer de l’acheminement des paquets. De plus, l'incertitude sur le temps qu'il faut à un nœud afin de récolter assez d'énergie avant qu'il puisse fonctionner à nouveau fait en sorte que les solutions de planification de veille réveil d’un capteur proposées dans la littérature sont inefficaces et donc inutilisables. Par l'introduction d'une politique de seuil d'énergie et l'utilisation de l'énergie restante au niveau de la batterie d'un capteur, les périodes de réveil et de veille sont réglementées afin de diminuer le duty-cycle de chaque capteur dans le réseau tout en assurant un équilibre entre la consommation d'énergie et la capacité de récupération d'énergie. La politique de seuil d'énergie proposée comprend deux phases (premièrement, la phase de commutation entre trois états possibles pour chaque capteur pour réguler sa période de réveil et d’assurer un équilibre de charge dans le réseau, la seconde est le calcul de la durée de la période de veille afin d’optimiser le duty-cycle et le rendre dynamique). Résumé Les principaux résultats obtenus à l'aide de l’intégration de cette politique dans les différents types de communications utilisées entre les capteurs dans ce type de réseau, sont la possibilité de minimiser le nombre de collisions, le nombre maximal de retransmissions et la contention sur le canal dans le réseau. De ce fait, l'utilisation de cette politique nous a permis de prolonger la durée de vie du réseau et d'améliorer ses performances. En conséquent, l'augmentation de la durée de vie d'un réseau de capteurs sans fil est un travail compliqué, lourd, et qui prend beaucoup du temps. Bien que, expérimentalement, l'amélioration de la gestion de l'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil à récupération d'énergie est nettement bénéfique pour surmonter certaines lacunes de plusieurs travaux existants et de rendre cette gestion plus fondamentale et plus pratique.