Soutenance mémoire
IMPLEMENTATION ET SIMULATION DU PROTOCOLE DIRECTED DIFFUSION
En suivant l’actualité technologique et électronique dans le domaine des Réseaux de capteurs sans fil, il s’agit de l’une des dix nouvelles technologies qui bouleverseront le monde et notre manière de vivre et de travailler. En effet, ces nouveaux types de réseaux viennent au secours de l’environnement et de l’industrie. Depuis quelques décennies, le besoin d’observer et de contrôler des phénomènes physiques tels que la température, la pression ou encore la luminosité est essentiel pour de nombreuses applications industrielles et scientifiques.
Bien que ce type de réseaux partage des similarités avec les concepts généraux des réseaux ad-hoc, l’ensemble de ses propres caractéristiques le rend différent des réseaux conventionnels. A la différence des réseaux mobiles ad hoc, les nœuds de détection sont plus susceptibles d’être à l’arrêt pour toute la période de leur vie. Même si les nœuds de capteurs sont fixes, la topologie du réseau peut changer. Pendant les périodes de faible activité, les nœuds peuvent passer à l’état inactif pour économiser l’énergie. Lorsque certains nœuds sont à court de puissance de la batterie et meurent, de nouveaux nœuds peuvent être ajoutés au réseau. Bien que tous les nœuds soient initialement équipés d’énergie égale, certains nœuds peuvent éprouver une plus grande activité à la suite de la région où ils se trouvent.
Une propriété importante des réseaux de capteurs est la nécessité que les capteurs diffusent les données du nœud collecteur ou de la station de base de manière fiable, dans un intervalle de temps qui permet à l’utilisateur ou une application de répondre à l’information en temps opportun, car si les informations mis à jour sont inutile cela peut conduire à des résultats désastreux.
Une autre caractéristique importante est l’extensibilité et la variation de la taille du réseau, la densité des nœuds et la topologie. Les réseaux de capteurs sont très denses par rapport aux réseaux ad hoc mobiles et filaires. Ceci provient du fait que la plage de détection est inférieure à la portée de communication et donc plusieurs nœuds sont nécessaires pour atteindre une couverture de détection suffisante. Les nœuds de capteurs doivent être résistants à des pannes et des attaques.
ROUTAGE DANS LES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL (RCSF)
La technologie des réseaux de capteurs sans fil est un domaine en plein essor, de plus en plus d’applications utilisent cette technologie, les avancées électroniques et informatiques d’aujourd’hui sont capables de développer de minuscules capteurs capables de capter des données, calculer des informations à l’aide de ces données collectés et de communiquer à travers un réseau.
ARCHITECTURE ET MODELE D’UN NŒUD CAPTEUR
Un capteur est un dispositif qui perçoit une propriété physique et qui mappe la valeur à une mesure quantitative . Un nœud capteur est composé principalement d’un processeur, une mémoire, un émetteur/récepteur radio, un ensemble de capteurs (capturer les grandeurs physiques tel que : température), et une pile (batterie), il est parfaitement autonome et il représente la notion de base dans un réseau de capteurs sans fil. Cependant ses ressources sont relativement faibles.
Il est important de citer les différents types de nœuds capteurs qui existent et qu’on peut trouver dans les RCSF.
◆ Un nœud régulier est un nœud doté d’une unité de transmission et d’une unité de traitement de données. L’unité de transmission de données est responsable de toutes les émissions et réceptions de données via un support de communication sans fil.
◆ Un nœud capteur ou nœud source est un nœud régulier équipé d’une unité d’acquisition ou de détection. L’unité d’acquisition est généralement dotée d’un capteur ou plusieurs capteurs qui obtiennent des mesures analogiques (physiques et physiologiques) et d’un convertisseur Analogique/Numérique qui convertit l’information relevée en un signal numérique compréhensible par l’unité de traitement.
◆ Un nœud actionneur ou robot est un nœud régulier doté d’une unité lui permettant d’exécuter certaines tâches spécifiques comme des tâches mécaniques (se déplacer, combattre un incendie, piloter un automate, etc.)
◆ Un nœud puits est un nœud régulier doté d’un convertisseur série connecté à une seconde unité de communication (GPRS, Wi-Fi, WiMax, etc.). La seconde unité de communication fournit une retransmission transparente des données provenant de nœuds capteurs à un utilisateur final ou d’autres réseaux comme internet.
◆ Un nœud passerelle (ou gateway) est un nœud régulier permettant de relayer le trafic dans le réseau sur le même canal de communication.
RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
Un RCSF est composé d’un ensemble de nœuds capteurs, limités en capacité mémoire et de calcul, devant être économes en énergie, ce qui les contraint à exploiter une faible puissance de transmission et des portées et des débits modestes. Ces nœuds capteurs sont organisés en champs. Chacun de ces nœuds est autonome et a la capacité de collecter des données et de les transférer au nœud passerelle (dit « sink » en anglais ou puits) par l’intermédiaire d’une architecture multi-sauts. Le puits transmet ensuite ces données par Internet ou par satellite à un ordinateur central «Gestionnaire de taches» pour analyser et évaluer ces données et prendre des décisions.
DOMAINES D’APPLICATION DES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
Le champ d’applications des réseaux de capteurs est de plus en plus élargi grâce aux évolutions techniques que connaissent les domaines de l’électronique et des télécommunications. Parmi ces évolutions, on peut citer la diminution de taille et du coût des capteurs, ainsi que l’élargissement des gammes de capteurs disponibles (mouvement, températures, …) et l’évolution des supports de communication sans fil. En effet, les applications des réseaux de capteurs peuvent être militaires, médicales, environnementales, commerciales, etc.
◆ Applications militaires
Un réseau de capteurs déployé dans un secteur stratégique ou difficile d’accès, permet par exemple d’y surveiller tous les mouvements (alliés ou ennemis), ou d’analyser le champ de bataille avant d’y envoyer du renfort.
◆ Applications médicales
Il existe déjà dans le monde médical, des gélules multi-capteurs pouvant être avalées qui permettent, sans avoir recours à la chirurgie, de transmettre des images de l’intérieur du corps humain.
◆ Applications environnementales
Des capteurs de températures peuvent être dispersés à partir d’avions dans le but de détecter d’éventuels problèmes environnementaux dans le domaine couvert par les capteurs dans une optique d’intervenir à temps afin d’empêcher que d’éventuels incendie, inondation, volcan ou tsunami ne se produisent.
◆ Applications commerciales
Des nœuds capteurs peuvent être utilisés pour améliorer les processus de stockage et de livraison. Le réseau peut ainsi être utilisé pour connaitre la position, l’état et la direction d’une marchandise. Un client attendant une marchandise peut alors avoir un avis de livraison en temps réel et connaitre la position des marchandises qu’il a commandées.
◆ Applications de traçabilité et de localisation
Suite à une avalanche il est nécessaire de localiser les victimes enterrées sous la neige en équipant les personnes susceptibles de se trouver dans des zones à risque par des capteurs. Ainsi, les équipes de sauvetage peuvent localiser plus facilement les victimes. Contrairement aux solutions de traçabilité et de localisation basées sur le système de GPS (Global Positionning System), les réseaux de capteurs peuvent être très utiles dans des endroits clos comme les mines par exemple.
TOPOLOGIES DE ROUTAGE DES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
La topologie détermine l’organisation des nœuds capteurs dans le réseau. Il existe deux principales topologies dans les protocoles de routage pour les RCSF.
• Topologie plate : dans une topologie plate, tous les nœuds possèdent le même rôle. Les nœuds sont semblables en termes de ressources.
• Topologie hiérarchique : afin d’augmenter la scalabilité du système, les topologies hiérarchiques ont été introduites en divisant les nœuds en plusieurs niveaux de responsabilité. L’une des méthodes les plus employées est le clustering, où le réseau est partitionné en groupes appelés « clusters ». Un cluster est constitué d’un chef (cluster-head) et de ses membres.
Après le déploiement des nœuds capteurs sur une certaine zone de captage, ceux-ci commencent par la découverte de leurs voisins afin de construire la topologie de communication. Ainsi, ils deviennent capables d’accomplir les tâches que leur sont affectées. Selon une communication multi-sauts, les capteurs sont chargés de collecter des données, les router vers un nœud particulier appelé nœud puits. Ce dernier analyse ces données et transmet à son tour l’information collectée à l’utilisateur via internet ou bien satellite.
CONCLUSION GENERALE
Les Réseaux de capteurs sans fil (WSN) sont constitués de nombreux minuscules capteurs déployés à haute densité dans les régions nécessitant une surveillance et un suivi. Ces capteurs peuvent être déployés à un coût beaucoup plus faible que le système traditionnel câblé. Un capteur typique est constitué d’un ou plusieurs éléments de détection (mouvement, température, pression, etc…), une batterie, récepteurs radio faible puissance, le microprocesseur et une mémoire limitée. Un aspect important de ces réseaux est que les nœuds sont sans surveillance, ont une énergie limitée et la topologie de réseau est inconnue. Beaucoup de défis de conception qui se posent dans les réseaux de capteurs sont en raison des ressources limitées dont elles disposent et de leur déploiement dans des environnements hostiles.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1: ROUTAGE DANS LES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL (RCSF)
1. INTRODUCTION
2. ARCHITECTURE ET MODELE D’UN NŒUD CAPTEUR
3. RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
4. DOMAINES D’APPLICATION DES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
5. TOPOLOGIES DE ROUTAGE DES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
6. PROTOCOLES DE ROUTAGE DES RESEAUX DE CAPTEURS SANS FIL
7. CONCLUSION
CHAPITRE 2: PRINCIPE DES PROTOCOLE DIRECTED DIFFUSION ET FLOODING DANS LES RCSF
1. INTRODUCTION
2. FONCTIONNEMENT DU PROTOCOLE « DIRECTED DIFFUSION »
A. DISSEMINATION DES INTERETS ET ETABLISSEMENT DES GRADIENTS
B. PROPAGATION DES DONNEES
C. RENFORCEMENT POSITIF
3. FONCTIONNEMENT DU PROTOCOLE « FLOODING »
4. CONCLUSION
CHAPITRE 3:EVALUATION ET COMPARAISON DES PROTOCOLES DIRECTED DIFFUSION ET FLOODING
1. INTRODUCTION
2. L’ENVIRONNEMENT DE SIMULATION TOSSIM ET TINYOS
3. IMPLEMENTATION ET SIMULATION DU PROTOCOLE DIRECTED DIFFUSION
A. SCENARIO DE SIMULATION
B. PHASES DU PROTOCOLE DIRECTED DIFFUSION DANS UNE TOPOLOGIE DE 10 NŒUDS
4. SIMULATION DU PROTOCOLE FLOODING
5. RESULTATS DE SIMULATIONS
6. EVALUATION DES PROTOCOLES DIRECTED DIFFUSION ET FLOODING
– METRIQUES DE SIMULATION
A. OVERHEAD DE COMMUNICATION :
B. CONSOMMATION D’ENERGIE
PowerTOSSIM
– OBSERVATIONS ET DISCUSSION
Overhead de Communication
Consommation d’Energie
7. CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
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