Data reduction techniques for wireless sensor networks using mathematical models
Institution:
Bourgogne Franche-ComtéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this thesis, we present energy-efficient data reduction and security techniques dedicated for wireless sensor networks. First, we propose a data aggregation model based on the similarity function that helps in removing the redundant data. In addition, based on the fitting functions we worked on sending less data features, accompanied with the fitting function that expresses all features. Second, we focus on heterogeneity of the data while studying the correlation among these multivariate features in order to enhance the data prediction technique that is based on the polynomial function, all after removing the similar measures in the aggregation phase using the Euclidean distance. Finally, we provide a rigorous security framework inherited from cryptography satisfies the level of exigence usually attained in tree-based WSNs. It prevents attackers from gaining any information about sensed data, by ensuring an end-to-end privacy between sensor nodes and the sink. In order to validate our proposed techniques, we implemented the simulations of the first technique on real readings collected from a small Sensor Scope network which is deployed at the Grand-St-Bernard, while the simulations of the second and the third techniques are conducted on real data collected from 54 sensors deployed in the Intel Berkeley Research Lab. The performance of our techniques is evaluated according to data reduction rate, energy consumption, data accuracy and time complexity.
Abstract FR:
Dans ce travail, nous présentons des techniques de réduction de données et de sécurité conçues pour économiser de l’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil. Premièrement, nous proposons un modèle d’agrégation de données basé sur la fonction de similarité servant à éliminer les données redondantes. En plus, nous avons travaillé sur l’envoi, le moins possible, de caractéristiques de données en se basant sur des fonctions d’ajustement qui expriment ces caractéristiques. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à l’hétérogénéité des données tout en étudiant la corrélation entre ces caractéristiques multi variantes après avoir éliminé les mesures identiques durant la phase d’agrégation. Finalement, nous donnons un cadre de sécurité rigoureux, conçu à partir de la cryptographie, qui satisfait le niveau d’exigence atteint normalement dans les réseaux de capteurs sans fil arborescents. Il empêche les pirates d’obtenir des informations à propos des données détectées en assurant une certaine confidentialité de bout-en-bout entre les nœuds du capteur et le puits. Afin de valider nos techniques proposées, nous avons implémenté les simulations de la première technique sur des données collectées en temps réel à partir du réseau Sensor Scope déployé à Grand-St-Bernard. Les simulations de la deuxième et de la troisième technique sont réalisées sur des données collectées en temps réel à partir de 54 capteurs déployés au laboratoire de recherche Intel Berkeley. L’efficacité de nos techniques est évaluée selon le taux de réduction de données, la consommation de l’énergie, la précision des données et la complexité de temps.