SAAFA-76-MRRRCH
Types des réseaux de capteurs sans-fil
Réseaux de capteurs sans-fil
Les réseaux de capteurs sans-fil (RCSF) sont constitués de systèmes embarqués individuels qui sont capables de (i) interagir avec leur environnement grâce à différents capteurs, (ii) traiter l’information au niveau local, et (iii) la communiquer sans-fil avec leurs voisins. Un nœud de capteur se compose gé- néralement de trois éléments et peut être soit une carte individuelle ou intégré dans un seul système, ces éléments sont : Modules sans-fil qui représentent les éléments clés du réseau de capteurs car ils possèdent les capacités de communication et la mémoire programmable dans laquelle le code d’application se trouve. Un module se compose généralement d’un micro contrôleur, d’un émetteur-récepteur, d’une source d’alimentation, d’une unité de mémoire, et peut contenir quelques capteurs. Une grande variété de plateformes ont été développées au cours des dernières années, comme Mica2 Akyildiz et al. [10], Cricket Hylsberg Jacobsen et al. [37], MicaZ Akyildiz et al. [10], Iris Akyildiz et al. [10], Telos Akyildiz et al. [10], SunSPOT Akyildiz et Wang [8], et Imote2 Akyildiz et al. [10]. Une carte de capteur est montée sur le module et est intégrée avec plusieurs types de capteurs. Elle peut également inclure une zone de prototypage, qui est utilisée pour connecter des capteurs supplémentaires. les cartes disponibles sont les MTS300/400 et MDA100/300 Akyildiz et al. [10] qui sont utilisées dans la famille de capteurs Mica. Alternativement, les capteurs peuvent être intégrés dans le module sans-fil comme c’est le cas dans le Telos ou la plateforme SunSPOT. Une carte de programmation fournit de multiples interfaces, y compris Ethernet, WiFi, USB ou ports séries pour connecter différents modules à un réseau industriel ou localement sur un PC ou un ordinateur portable. Ces cartes sont utilisées soit pour programmer les modules ou recueillir des données. Comme exemples de ces cartes, on peut citer : le MIB510, le MIB520 et le MIB600 Akyildiz et al. [10]. Des plateformes particulières doivent être reliées à la carte de programmation pour charger l’application dans la mémoire programmable.
Domaines d’application
La taille de plus en plus réduite des micro-capteurs, le coût de plus en plus faible, la large gamme des types de capteurs disponibles (thermiques, optiques, vibrations,. ) ainsi que le support de communication sans-fil utilisé, permettent aux réseaux de capteurs d’envahir plusieurs domaines d’application. Ils permettent aussi d’étendre les applications existantes et de faciliter la conception d’autres systèmes tels que le contrôle et l’automatisation des chaînes de montage. Les réseaux de capteurs ont le potentiel de révolutionner la manière même de comprendre et de construire les systèmes physiques complexes. Ils peuvent aussi se révéler très utiles dans de nombreuses applications lorsqu’il s’agit de collecter et de traiter des informations provenant de l’environnement. Parmi les domaines où ces réseaux peuvent offrir les meilleures contributions, nous citons les domaines : militaire, environnemental, domestique, santé, sécurité, etc Arampatzis et al. [12]. Militaires Un réseau de capteurs déployé sur un endroit stratégique ou difficile d’accès, afin de surveiller toutes les activités des forces ennemies, ou d’analyser le terrain avant d’y envoyer des troupes (détection d’agents chimiques, biologiques ou de radiations). Ces réseaux doivent assurer les tâches suivantes : — Monitoring des forces alliées et des équipements. — Surveillance du champ de bataille. — Reconnaissance des forces opposées et du terrain. — Estimation des dommages. — Détection des attaques nucléaires, biologiques et chimiques. 1.2. Réseaux de capteurs sans-fil 11 Sécurité Les altérations dans la structure d’un bâtiment, suite à un séisme ou au vieillissement, pourraient être détectées par des capteurs intégrés dans les murs ou dans le béton, sans alimentation électrique ou autres connexions filaires. Environnementales Des capteurs dispersés à partir d’un avion dans une forêt peuvent signaler un éventuel début d’incendie dans le champ de captage. Parmi ses utilisations, on cite : — Suivi du déplacement des oiseaux, de petits animaux, d’insectes. — Surveillance environnementale (conditions affectant les récoltes et les réserves). — Irrigation. — Surveillance de la terre et exploration planétaire. — Détection d’incidents chimiques ou biologiques. — Supervision de la qualité de l’air, pollution. — Prévention des inondations, feux de forêts. — Recherche météorologique et géophysique. Médicales La surveillance des fonctions vitales de l’être humain serait possible grâce à des micro-capteurs qui pourront être avalés ou implantés sous la peau. Actuellement, des micro-caméras qui peuvent être avalées existent. Elles sont capables, sans avoir recours à la chirurgie, de transmettre des images de l’intérieur d’un corps humain avec une autonomie de 24 heures. Commerciales Il est possible d’intégrer des nœuds capteurs au processus de stockage et de livraison. Le réseau ainsi formé, pourra être utilisé pour connaître la position, l’état et la direction d’un paquet ou d’une cargaison.
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Table des matières
Introduction générale
1 Réseaux de capteurs sans-fil
1.1 Introduction .
1.1.1 Définition d’un capteur .
1.1.2 Architecture physique d’un capteur .
1.2 Réseaux de capteurs sans-fil
1.2.1 Architecture d’un RCSF
1.2.2 Plateformes
1.2.3 Domaines d’application
1.2.4 Types des réseaux de capteurs sans-fil .
1.3 Réseaux de caméras sans-fil
1.3.1 Capteur vidéo sans-fil
1.3.2 Caractéristiques et contraintes d’un RCVSF
1.4 Modèles de couverture
1.4.1 Modèle de couverture booléen en secteur .
1.4.2 Modèle de couverture booléen en disque
1.4.3 Modèle de couverture en disque atténué
1.4.4 Modèle atténué tronqué en disque
1.5 Modèles de couverture en capture .
1.6 Types de couverture
1.7 Conclusion .
2 Problèmes d’optimisation & Métaheuristiques
2.1 Introduction .
2.2 Complexité Algorithmique . .
2.2.1 Définitions de la complexité .
2.2.2 Classes de complexité
2.3 Problèmes d’optimisation combinatoire
2.3.1 Formulations mathématiques
2.3.2 Quelques exemples de problèmes d’optimisation combinatoire
2.4 Problèmes d’optimisation multiobjectif .
2.4.1 Formulations mathématiques pour les PMO
2.4.2 Méthodes de résolution pour les PMO .
2.5 Méthodes de résolution exactes .
2.5.1 La méthode d’évaluation et de séparation .
2.5.2 La programmation dynamique
2.6 Heuristiques
2.6.1 Exemple d’heuristiques
2.7 Métaheuristiques .
2.7.1 Définitions .
2.7.2 Métaheuristiques à solution unique
2.7.3 Métaheuristique à populations de solutions .
2.8 Métaheuristiques hybrides
2.9 Conclusion
3 Problèmes de Déploiement de Caméras dans la littérature
3.1 Introduction .
3.2 Déploiement de caméras
3.2.1 Définitions générales .
3.2.2 Objectives et limitations sur le déploiement .
3.2.3 Complexité du problème de déploiement de caméras
3.2.4 Problème des galeries d’art
3.3 État de l’art sur la couverture .
3.3.1 Type de couverture adopté
3.3.2 Modèle de couverture adopté
3.4 Réseaux de caméras sans-fil .
3.4.1 Paramètre d’une caméra
3.4.2 Champ de vision d’une caméra
3.5 Conclusion .
4 Approches de résolutions
4.1 Introduction
4.2 Modélisation mathématique
4.2.1 Problème initial
4.2.2 Modèle avec prises en compte de murs
4.2.3 Modèle avec angles de vue multiples .
4.2.4 Modèle avec qualité de capture
4.3 Résolution exacte .
4.3.1 Environnement du déploiement
4.4 Résolutions approchées
4.4.1 Représentation de la solution
4.4.2 Approche heuristique .
4.4.3 Approche métaheuristique .
4.5 Conclusion
Table des matières vi
5 Expérimentations
5.1 Introduction
5.2 Préliminaires pour les expérimentations
5.2.1 Paramètres pour les métaheuristiques
5.2.2 Positionnement des cibles
5.2.3 Angles d’orientations
5.2.4 Premières expérimentations
5.3 Expérimentations liées aux approches
5.3.1 Performances
5.3.2 Impact du nombre de localisations
5.3.3 Passage à l’échelle
5.4 Expérimentations liées au modèle
5.4.1 Qualité de couverture
5.4.2 Points de vues multiples
5.4.3 Modèle avec barières
5.4.4 Angles d’orientations
5.4.5 Qualité de capture
5.5 Conclusion .
Conclusions et perspectives
Bibliographie
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