Multipath Multichannel Routing for Wireless Multimedia Sensor Networks
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Date
2022
Journal Title
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Volume Title
Publisher
Université de Larbi Ben M’hidi-Oum Oum El Bouaghi
Abstract
The Internet of Multimedia Things (IoMT) has undergone unprecedented development in recent years. This is confirmed by the massive use of multimedia applications in various fields such as smart homes and industrial monitoring. However, IoMT has stringent requirements compared to traditional IoT in terms of quality of service (QoS) as well as quality of experience (QoE). The design of a routing protocol can be hampered by the underlying limitations and challenges of which motivate the quest for efficient solutions. Firstly, this thesis investigated the feasibility of real video streaming using RPL (Routing Protocol for Low power and lossy network) focusing on the impact of radio duty cycling on the quality of received video and the network energy footprint. To do so, we adopted a low complexity compression technique that is more suitable for LLNs and used Cooja simulator in the Contiki Operating System to carry out our experiments. We mainly showed that RPL along with ContikiMAC, the Contiki default radio duty cycling, is not able to handle real-time video transmission in the context of constrained networks. To deal with such a shortcoming, We proposed to extend RPL to enable simultaneous use of disjoint multiple paths. This is done on top of the already maintained DODAG structure with the least induced overhead. Once again, we made use of a low-complexity encoding method on the captured images. Based on both QoS and QoE metrics, we evaluated the performance of our disjoint multipath RPL (DM-RPL) for video transmission using both a network emulator and a real testbed. Our results showed that our multipath extension provides more bandwidth as the packet delivery ratio is increased. Video quality is further improved thanks to the adopted data reduction at the source along with a priority-based mechanism. All of this translates into less energy being consumed and a longer network lifetime.
L’Internet des objets multimédias (IoMT) a connu un développement inédit ces dernières années. Ceci est confirmé par l’utilisation massive d’applications multimédias dans divers domaines tels que la maison intelligente et la surveillance industrielle. Cependant, l’IoMT a des exigences strictes par rapport à l’IoT traditionnel en termes de qualité de service et d’expérience (QdS/E). La conception d’un protocole de routage peut être entravée par les limitations et les défis sous-jacents motivant la recherche de solutions efficaces. D’abord, cette thèse s’est intéressée à la faisabilité d’un streaming vidéo en temps réel en utilisant RPL (the Routing Protocol for Low power and lossy network) en se concentrant sur l’impact du RDC (radio duty cycling) sur la qualité de la vidéo reçue et la consommation énergétique. Pour ce faire, nous avons adopté une technique de compression de faible complexité plus adaptée aux réseaux à fortes contraintes et avons utilisé le simulateur Cooja fourni par Contiki pour réaliser nos expériences. Nous avons principalement montré que RPL avec ContikiMAC, le RDC par défaut de Contiki, ne permet pas la transmission vidéo en temps réel dans les réseaux contraints. Pour faire face à ce problème, nous avons proposé d’étendre RPL permettant l’utilisation simultanée de plusieurs chemins disjoints. Ceci est fait par-dessus la structure du DODAG déjà maintenue par RPL avec un minimum de surcharge. Nous avons utilisé une méthode de codage à faible complexité sur les images capturées. L’évaluation de performances de DM-RPL (Disjoint Multipath RPL), notre extension de RPL, pour la transmission vidéo a été menée à la fois sur un émulateur de réseau et une plate-forme de capteurs réelle. Nos résultats, selon des métriques de QdS/E, ont montré que notre extension fournit plus de bande passante vu que le taux de réception des paquets augmente. la qualité de la vidéo est, en outre, améliorée due à la réduction des données effectuée à la source en plus du mécanisme des priorités adopté. Tout cela se traduit par une consommation d’énergie moindre et une durée de vie du réseau plus longue.
L’Internet des objets multimédias (IoMT) a connu un développement inédit ces dernières années. Ceci est confirmé par l’utilisation massive d’applications multimédias dans divers domaines tels que la maison intelligente et la surveillance industrielle. Cependant, l’IoMT a des exigences strictes par rapport à l’IoT traditionnel en termes de qualité de service et d’expérience (QdS/E). La conception d’un protocole de routage peut être entravée par les limitations et les défis sous-jacents motivant la recherche de solutions efficaces. D’abord, cette thèse s’est intéressée à la faisabilité d’un streaming vidéo en temps réel en utilisant RPL (the Routing Protocol for Low power and lossy network) en se concentrant sur l’impact du RDC (radio duty cycling) sur la qualité de la vidéo reçue et la consommation énergétique. Pour ce faire, nous avons adopté une technique de compression de faible complexité plus adaptée aux réseaux à fortes contraintes et avons utilisé le simulateur Cooja fourni par Contiki pour réaliser nos expériences. Nous avons principalement montré que RPL avec ContikiMAC, le RDC par défaut de Contiki, ne permet pas la transmission vidéo en temps réel dans les réseaux contraints. Pour faire face à ce problème, nous avons proposé d’étendre RPL permettant l’utilisation simultanée de plusieurs chemins disjoints. Ceci est fait par-dessus la structure du DODAG déjà maintenue par RPL avec un minimum de surcharge. Nous avons utilisé une méthode de codage à faible complexité sur les images capturées. L’évaluation de performances de DM-RPL (Disjoint Multipath RPL), notre extension de RPL, pour la transmission vidéo a été menée à la fois sur un émulateur de réseau et une plate-forme de capteurs réelle. Nos résultats, selon des métriques de QdS/E, ont montré que notre extension fournit plus de bande passante vu que le taux de réception des paquets augmente. la qualité de la vidéo est, en outre, améliorée due à la réduction des données effectuée à la source en plus du mécanisme des priorités adopté. Tout cela se traduit par une consommation d’énergie moindre et une durée de vie du réseau plus longue.
شهدت إنترنت الأشياء متعددة الوسائط (IoMT) تطورا غير مسبوق في السنوات الأخيرة. وهذا ما يؤكده الاستخدام المكثف لتطبيقات الوسائط المتعددة في مختلف المجالات مثل المنزل الذكي والمراقبة الصناعية. إلا ان loMT لديها متطلبات صارمة مقارنة بإنترنت الأشياء التقليدية من حيث جودة الخدمة والخبرة ، هذه القيود تؤدي إلى إعاقة تصميم بروتوكولات التوجيه الأمر الذي حفز الباحثين للبحث عن حلول فعالة. هذه الأطروحة تدرس تدفق الفيديو في الوقت الفعلي باستخدام (
RPL (the Routing Protocol for Low power and lossy network مع التركيز على تاثير ( RDC (radio duty cycling على
جودة الفيديو المستلم واستهلاك الطاقة. للقيام بذلك، اعتمدنا تقنية ضغط منخفضة التعقيد أكثر ملاءمة للشبكات عالية القيود واستخدمنا المحاكي Cooja لإجراء تجاربنا. لقد أظهرنا بشكل أساسي أن RPL معRDC ، ContikiMAC
الافتراضي النظام التشغيل Contiki ، لا يسمح بنقل الفيديو في الوقت الفعلي في الشبكات المقيدة. للتعامل مع هذه المشكلة ، اقترحنا تمدید RPL للسماح بالاستخدام المتزامن لعدة مسارات منفصلة. يتم ذلك فوق هيكل
DODAG الذي تم صيانته بواسطة RPL و ذلك بأقل قدر من النفقات العامة . استخدمنا طريقة ترميز منخفضة التعقيد على الصور الملتقطة. تم إجراء تقييم مقترحنا
DM-RPL (Disjoint Multipath RPL) ، لنقل الفيديو على كل من محاكي الشبكة ومنصة استشعار حقيقية . أظهرت نتائجنا، أن امتدادنا يوفر مزيدا من النطاق الترددي مع زيادة معدل استقبال الحزم. تم تحسين جودة الفيديو بشكل أكبر بسبب تقليل البيانات التي يتم إجراؤها في العقدة الصدر بالإضافة إلى آلية الأولوية المعتمدة. كل هذا يترجم إلى استهلاك أقل للطاقة وعمر أطول للشبكة.
Description
Keywords
Internet of Multimedia Things (IoMT), Multipath routing, RPL, Cooja