Simulateur - OMNET++

8/19/2019 Simulateur - OMNET++

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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur de la Recherche Scientique

Mémoire Magister : Informatique,option : Analyse, Commande et Surveillance des Systemes

Thème :

Analyse Graphique pour la surveillance dans unréseau de capteurs sans ls (RCSF)

Simulateur : OMNET++

Par : Leila Imane NIAR

Soutenue en ..JUILLET 2012 ..devant le jury composé de

Mr. Mustapha Kamel RAHMOUNI PrésidentMr. Bouabdellah KECHAR ExaminateurMr. Mejdi KADDOUR ExaminateurMr. Mohammed FEHAM ExaminateurMr. Had HAFFAF Encadreur


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Remerciement

Mes remerciements s’adressent à mon encadreur H.HAFFAF , pourson aide, ses encouragements, et ses critiques constructifs qui m’ont beaucoup aidé à apprécier ce travail et à mieux éclairer mes perspec-

tives. Je suis reconnaissante à lui, particulièrement pour la conancequ’il m’a fait.

Je tiens à remercier les membres du jury pour m’avoir fait le plaisird’accepter d’examiner ce travail.

Je tiens à remercier également ma famille et mes amis(es), ce tra-

vail n’aurait certainement jamais vu le jour sans leurs aides, et leurssoutiens, je tiens vivement à les remercier.


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ii

Dédicace

Pour Père, Mère, Sœur et frères


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Table des matières

Résumé : xiii

Introduction Générale xiv

1 Présentation des Réseaux de capteurs sans l 21.1 Les Réseaux sans l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.1 Le réseau personnel sans l . . . . . . . . . . . . 41.1.2 Le réseau local sans l (WLAN) . . . . . . . . . 51.1.3 Le réseau métropolitain sans l (WMAN) . . . 6

1.1.4 Le réseau étendu sans l (WWAN) . . . . . . . . 61.2 Les réseaux Ad Hoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.1 Caractéristiques des réseaux Ad Hoc . . . . . . 7

1.3 Les réseaux de capteurs sans l (RCSF) . . . . . . . . . 71.3.1 Architecture d’un nœud capteur . . . . . . . . . 81.3.2 Organisation d’un nœud capteur . . . . . . . . . 91.3.3 Architecture d’un réseau de capteurs . . . . . . 12

1.3.4 Les types d’architectures des RCSF . . . . . . . . 131.3.5 Les differentes topologies des RCSF : . . . . . . 14

1.3.5.1 La Topologie en étoile : . . . . . . . . . 141.3.5.2 La topologie en grille : . . . . . . . . . 141.3.5.3 La topologie hybride : . . . . . . . . . . 15

1.3.6 La collection d’information : . . . . . . . . . . . 151.3.6.1 À la demande : . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3.6.2 Suite à un évènement : . . . . . . . . . 15


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TABLE DES MATIÈRES iv

1.3.7 Les principales caractéristiques des RCSF . . . 171.3.8 Les domaines d’application . . . . . . . . . . . . 18

1.3.9 La consommation d’énergie dans les RCSF . . . 191.3.9.1 Les principaux opérations dûes à laconsommation d’énergie . . . . . . . . 19

1.3.9.2 Modèle de consommation d’énergie . . 211.3.9.3 Les facteurs intervenantsdans la consom-

mation d’énergie . . . . . . . . . . . . . 221.3.10 Le routage dans les RCSF . . . . . . . . . . . . . 24

1.3.10.1 Exemples de protocoles de routage . . 241.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2 La surveillance des Réseaux de Capteurs Sans Fil 312.1 La supervision des RCSF . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.1.1 Les Pannes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.1.1.1 Classication des pannes . . . . . . . . 33

2.1.2 Solution architecturale tolérante aux pannes dansles RCSF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.1.3 Aspect de surveillance d’un RCSF . . . . . . . . 37

2.1.3.1 Méthodologie de déploiement : . . . . 372.1.3.2 Connectivité du réseau . . . . . . . . . 382.1.3.3 La couverture . . . . . . . . . . . . . . 392.1.3.4 Longévité du réseau . . . . . . . . . . 39

2.1.4 La redondance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.1.4.1 La redondance Matérielle . . . . . . . 402.1.4.2 La redondance analytique . . . . . . . 42

2.2 Systèmes Multi-agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.2.1 Caractéristiques des Systèmes Multi-Agents . . 43

2.3 Les Travaux Antérieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.4 Description de l’approche distribuée (décentralisée) . . 47

2.4.1 Topologie du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . 47


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TABLE DES MATIÈRES v

2.4.2 Dénition des rôles . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.2.1 Algorithme d’attribution de rôle . . . . 49

2.5 Le protocole de routage adopté . . . . . . . . . . . . . . 502.5.1 Les Diagrammes UML . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.5.1.1 La détection du voisinage . . . . . . . 522.5.2 Changement de rôles : . . . . . . . . . . . . . . . 532.5.3 Détection des groupes voisins . . . . . . . . . . 542.5.4 Vérication de la cohérence des groupes : . . . . 542.5.5 Résolution de conits entre représentants . . . 55

2.5.6 Gestion de la redondance . . . . . . . . . . . . . 562.5.6.1 Le principe suivi pour gérer la redon-

dance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.5.6.2 Mécanisme de détection des pannes . 58

2.5.7 Collecte d’information . . . . . . . . . . . . . . . 592.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3 Simulation de la surveillance en RCSF 623.1 Généralités sur la simulation . . . . . . . . . . . . . . . 643.2 Types de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.2.1 Systèmes de simulation discret : . . . . . . . . . 643.2.2 Systèmes de simulation continue : . . . . . . . . 65

3.3 Les simulateurs de réseau éxistant . . . . . . . . . . . . 653.3.1 NS2 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.3.2 GloMoSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.3.3 OMNET++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.4 Comparaison entre les simulateurs . . . . . . . . . . . . 683.5 Le Simulateur OMNET++(Objective Modular Network

Testbed in C++) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.5.1 Choix du simulateur OMNET++ . . . . . . . . . 703.5.2 Présentation d’OMNET++ . . . . . . . . . . . . 70

3.5.3 Desciption architecturale d’OMNET++ . . . . . 71


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TABLE DES MATIÈRES vi

3.5.4 Installation du simulateur OMNET++ . . . . . . 723.5.5 Les principaux chiers d’OMNET++ . . . . . . 73

3.5.5.1 Fichier (.Ned) : . . . . . . . . . . . . . . 733.5.5.2 Fichier (.ini) : . . . . . . . . . . . . . . . 753.5.5.3 Fichier (.msg) : . . . . . . . . . . . . . . 75

3.6 Les plates formes d’OMNET++ . . . . . . . . . . . . . . 763.6.1 Mobility FrameWork . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.6.1.1 La structure d’une hôte mobile . . . . . 773.6.2 Mixim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.6.3 Castalia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.7 Détails sur Castalia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.7.1 Le module MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.7.2 Le module Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.7.3 Canal sans l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.7.4 Le module Routage . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.7.5 Le module Application . . . . . . . . . . . . . . 82

3.8 Outils de Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.8.1 Installation d’OMNET++ Version 4 . . . . . . . . 833.8.2 Installation de Castalia3.1 . . . . . . . . . . . . . 84

3.8.2.1 Les Commandes Castalia . . . . . . . . 843.9 Implémentation d’un réseau . . . . . . . . . . . . . . . . 843.10 Conculsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4 Implémentation et Simulation 884.1 Environnement de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.1.1 Environnement matériel . . . . . . . . . . . . . 904.1.2 Environnement logiciel . . . . . . . . . . . . . . 90

4.2 Processus de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.3 Réalisation du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.3.1 Objectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.3.2 Description de la conception d’un nœud . . . . 91


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TABLE DES MATIÈRES vii

4.3.3 Description du réseau . . . . . . . . . . . . . . . 944.4 Implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.4.1 Structure des messages utilisés . . . . . . . . . . 964.4.1.1 Au niveau de la couche Application . . 964.4.1.2 Au niveau de la couche Réseau . . . . 96

4.4.2 Aperçu des Codes Sources . . . . . . . . . . . . 984.4.2.1 Envoi PeriodiqueduMessage HELLO

984.4.2.2 Attribution Des Rôles . . . . . . . . . . 99

4.4.2.3 Gestion de la redondance . . . . . . . . 1004.4.2.4 Rediffusion du Hello . . . . . . . . . . 102

4.4.3 Le chier .ini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.5 Résultats Obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.5.1 Deployement du Réseau . . . . . . . . . . . . . . 1044.5.1.1 Initialisation des nœuds . . . . . . . . 1054.5.1.2 Reconnaissance de voisinage . . . . . . 106

4.5.1.3 Table de voisinage et Affectation desrôles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.5.1.4 Passage en Etat Sleep . . . . . . . . . . 1094.5.2 Exemple d’un chier Resume . . . . . . . . . . . 1094.5.3 Paramètres de Simulations . . . . . . . . . . . . 111

4.5.3.1 La Radio CC1000 . . . . . . . . . . . . . 1114.6 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.6.1 Organisation du Réseau . . . . . . . . . . . . . . 1124.6.1.1 Les positions des nœuds . . . . . . . . 1124.6.1.2 Le voisinage . . . . . . . . . . . . . . . 113

4.6.2 Redondance Des Nœuds . . . . . . . . . . . . . . 1144.6.3 Reconguration Du Réseau . . . . . . . . . . . . 1154.6.4 Energie Consommée au niveau du réseau . . . . 1164.6.5 Energie Consommée Avec et sans surveillance . 1174.6.6 Energie restante d’un nœud Représentant . . . . 118


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TABLE DES MATIÈRES viii

4.6.7 Nombre de packets moyens des différents nœuds1194.6.8 Energie Consomée des différents nœuds . . . . 119

4.6.9 Inuence de la Mobilité des nœuds sur le Réseau1204.6.10 Inuence du Temps De Simulation . . . . . . . . 122

4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Conclusion Générale 124


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TABLE DES MATIÈRES ix


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Table des gures

1.1 Les catégories des réseaux sans l. [MAT08] . . . . . . 41.2 le nœud capteur [CAS08]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3 les composants d’un nœud capteur [MOA08]. . . . . . 81.4 La pile protoclaire [CSS04]. . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5 Architecture de commnication d’un RCSF [KEC07]. . . 121.6 Architecture Plat des RCSF[ROM07]. . . . . . . . . . . 131.7 Architecture hierarchique des RCSF[ROM07]. . . . . . 141.8 Collecte à la demande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.9 Collecte suite à un événement . . . . . . . . . . . . . . . 161.10 Les différentes applications des RCSF [CHE08]. . . . . 201.11 Modéle de consommation d’énergie . . . . . . . . . . . 211.12 La surécoute [MOA08]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.13 Classication des protocoles de routage[BEN09]. . . . 251.14 Les étapes du protocole SPIN[CHE08]. . . . . . . . . . 261.15 Etapes décrivantes le protocole DirectedDiffusion[CHE08].

28

2.1 Classication des pannes [CHE08]. . . . . . . . . . . . . 342.2 Stratégies de déploiement des noeuds dans un RCSF[YAK].

382.3 La redondance matérielle[RIP99]. . . . . . . . . . . . . 412.4 Organisation en régions des nœuds capteurs [ALL09]. 482.5 Affectation des rôles dans un RCSF. . . . . . . . . . . . 50

2.6 Diagramme Etat Transition. . . . . . . . . . . . . . . . . 51


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TABLE DES FIGURES xi

2.7 Diagramme De Séquence. . . . . . . . . . . . . . . . . . 522.8 Introduction d’un nouveau nœud. . . . . . . . . . . . . 53

2.9 Détection des groupes adjacents. . . . . . . . . . . . . . 542.10 Correction du problème d’incohérence. . . . . . . . . . 552.11 Résolution de conit entre Représentants. . . . . . . . . 562.12 Redondance des nœuds simples. . . . . . . . . . . . . . 572.13 Changement d’état d’un nœud. . . . . . . . . . . . . . . 58

3.1 Description architecturale du simulateur NS2. . . . . . 663.2 Transfert des paquets dans GloMoSim. . . . . . . . . . . 673.3 Le lancement du simulateur Omnet++. . . . . . . . . . . 713.4 Architecture modulaire du simulateur Omnet++. . . . . 723.5 Fichier NED en mode graphique. . . . . . . . . . . . . . 743.6 Fichier NED en mode texte. . . . . . . . . . . . . . . . . 743.7 Exemple d’un Fichier *.Ini. . . . . . . . . . . . . . . . . 753.8 Exécution d’une simulation sous OMNeT++.[?] . . . . . 763.9 Architecture de Mobility et Channel Control. . . . . . . 773.10 Architecture interne d’un nœud dans MF. . . . . . . . . 783.11 Les connections des modules sous Castalia. . . . . . . . 793.12 Les principaux composants d’un nœud . . . . . . . . . . 803.13 La machine à état ni du module Radio. . . . . . . . . . 81

4.1 Processus de Simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.2 Fichier graphique ".ned" du nœud. . . . . . . . . . . . . 934.3 Fichier graphique ".ned" du réseau. . . . . . . . . . . . . 954.4 Fichier ".msg" du message Data. . . . . . . . . . . . . . 964.5 Le structure du message Hello et HelloRep. . . . . . . . 974.6 Le structure du message "Passe Représentant" et "Ré-

solution de conit". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.7 Le structure du message Verication de cohérence et

Changement de rôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.8 Organigramme de redondance des nœuds simples. . . 101


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TABLE DES FIGURES xii

4.9 Deployement des nœuds. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.10 Exécution avec le Deployement . . . . . . . . . . . . . . 105

4.11 Déployement Aléatoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.12 Organisation des Nœuds. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.13 Gestion De La Redondance. . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.14 Reconguration suite à une défaillance. . . . . . . . . . 1154.15 Energie Consommée en Réseau. . . . . . . . . . . . . . . 1164.16 Energie Consommée au niveau des deux Méthodes . . 1174.17 Energie Moyenne Consommée par 50 nœuds . . . . . . 117

4.18 Energie Moyenne Consommée par 100 nœuds . . . . . 1184.19 L’énergie restante au niveau d’un nœud Représentant . 1184.20 Packets Moyens envoyés et reçus par nœuds. . . . . . . 1194.21 Energie Consommée Avec Surveillance. . . . . . . . . . 1204.22 Energie Consommée Sans Surveillance. . . . . . . . . . 1204.23 Inuence de la Mobilité sur le Réseau. . . . . . . . . . . 1214.24 Inuence de la Mobilité sur le Réseau(Energie Moyenne).121

4.25 Energie Restante par-rapport au temps de Simulation. . 1224.26 Energie Moyenne Restante. . . . . . . . . . . . . . . . . 122


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Résumé :

Les réseaux de capteurs sans l attirent plus l’attention de la com-munauté de recherches. Ainsi la simulation est une démarche fré-

quemment utilisée pour tester et valider des approches, les environ-nements de simulation doivent pouvoir soutenir les différents mo-dèles des réseaux de capteurs sans l. Notre article s’intéresse plusprécisément au cas de surveillance des réseaux de capteurs. Le proto-cole testé est un protocole basé sur la reconguration des noeudsavecle principe de redondance pour garder une couverture de la zone etassurer une longue vie du réseau. La validation de l’approche est

considéré suite à l’utilisation du simulateur OMNeT++ puisque lesrésultats obtenus ont montré que le concept de l’approche au niveaude la tolérance aux pannes (avec le principe de réveiller les noeudsendormi en cas de panne ou d’épuisement d’énergie d’un noeud ac-tif) assure un bon fonctionnement ainsi une longévité du réseau.

Mots Clés : Réseau de capteurs sans l, Surveillance, Redon-dance, Reconguration, Simulation, OMNET++, Castalia


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Introduction Générale

L’avancement des technologies dans les infrastructures de réseauet de minuscules capteurs du réseau permet à de nombreuses ap-

plications de réseau de capteurs allant de civils aux militaires, de lamaison à l’environnement et de la nature de l’industriel au domainecommercial de s’accroitre, car de nos jours le besoin d’observer desphénomènes physiques tel que la température, la pression ou encorela luminosité est devenu essentiel. Exemples sont la surveillance del’habitat des animaux, observation de l’environnement et de prévi-sion, le corp humain le suivi, le champ de bataille de détection et

d’analyse, etc

Cependant, La taille réduite des capteurs nécessite l’utilisation d’une batterie comme source d’énergie ce qui implique une durée limité duréseau. Suite à ça la collaboration d’un nombre de ces nœuds, donnenaissance à un réseau de capteurs sans l. Ce dernier est déployé demanière aléatoire dans un champ.

Les capteurs sont prévus pour la collecte d’information selon descritères bien précis. Ainsi la consommation d’energie est devenue unaxe majeur dans les recherches d’où plusieurs protocoles de routageont été proposés dans le but d’optimiser la consommation énergi-tique et de prolonger la durée de vie du réseau.


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Introduction Générale xv

Un protocole de routage permet l’acheminement des informationsau sein du réseau avec l’envoie des messages entre nœuds capteurs

pour la collecte du phénomène. Ce qui s’avère couteux en energie quiengendre l’épuisement des batterie, encore plus la perte des donnéeset la diminution de vie du réseau.

Dans ce contexte, la fonction de surveillance en continue est uneméthode basée sur la détection et la localisation des anomalies quipeuvent survenir dans le réseau.

Suite à ca, une des solutions qui s’annonce prometteuse est l’utilisa-tion d’un système multi-Agents avec le principe de la surveillance.L’objectif de notre travail est de créer dans l’environnement de simu-lation OMNeT++, un modèle de surveillance du réseau. Ce modèleest basé sur la gestion distribuée avec le concept de redondance.Comme conséquences de cette surveillance : La diminution des mes-sages communiqués, L’hiérarchie du réseau, La réduction d’énergie

consommée et ainsi la longévité du réseau.

Suite à ça notre Document est organisé en 4 Chapitres :– Chapitre 1 : Donne un aperçu sur les réseaux de capteurs sans

ls et leurs caractéristiques. Un état de l’art est présenté.

– Chapitre 2 : Est consacré à la surveillance des réseaux où nousavons présenté les principaux concepts de surveillance et plusprécisémment au niveau des réseaux de capteurs sans ls. Lestravaux dans ce domaine sont cités en références.

– Chapitre 3 : Présente l’apprort de la simulation pour la valida-tion des résultats. Un comparatif entre les différents simulateursenrichira le contenu du chapitre. Notre choix qui sera justiésest pointé sur OMNeT++ et Castalia.


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Introduction Générale xvi

– Chapitre 4 : Constitue le cœur de cette contribution en propo-

sant un modèle de surveillance du réseau ainsi que son implé-mentation. Les résultats de simulation seront également présen-tés pour justier la validité de notre approche.


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Introduction Générale 1


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Chapitre 1

Présentation des Réseaux de capteurssans l

Au cours de son évolution, le paradigme sans l a vu naître di-verses architectures dérivées, telles que :

– les réseaux cellulaires,– les réseaux locaux sans l,– etc..

Durant cette dernièredécennie, une nouvelle architecture est apparu :– les réseaux de capteurs sans l(RCSF).

Ces derniers ont été utilisés dans de nombreuses applications tellesque la surveillance des forêts, la gestion des catastrophes, l’explora-tion spatiale, l’automatisation industrielle, l’installation des serrures,la protection des frontières, et la surveillance des champs de bataille[ASS08][CKU03].

Dans ces applications, les nœuds de capteurs miniaturisés sont dé-ployés à fonctionner de façon autonome dans des environnementssans surveillance. En plus de la capacité d’explorer son environne-ment, chaque capteur possède une radio à bord utilisée pour l’envoides données recueillies à une station de base, soit directement, soit à


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Présentation des Réseaux de capteurs sans l 3

travers un chemin multi-saut. Ces capteurs ont 3 fonctions :1. Capter des données (de type son, vibration, lumière,...),2. Calculer des informations à l’aide de ces valeurs collectées,3. Les communiquer à travers un réseau de capteurs.

Ce dispersement aléatoire des capteurs nécessite un protocole basésur des algorithmes d’auto-organisation. An de résister aux déploie-ments, ces capteurs doivent être très solides et de plus, ils doivent

aussi pouvoir survivre dans les conditions les plus extrêmes dictéespar leur environnement d’utilisation (feu ou eau par exemple). Enplus des contraintes environnementales, une contrainte très impor-tante est l’économie de batterie. En effet, un réseau de capteurs nepeut survivre si la perte de nœuds est trop importante car ceci en-gendre des pertes de communication dûes à une grande distanceentre les capteurs. Donc il est très important que les batteries durent

le plus longtemps possible étant donné que dans la plupart des ap-plications les capteurs sont placés aléatoirement.


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1.1 Les Réseaux sans l

Il existe plusieurs catégories de réseaux sans l qui diffèrent par lepérimètre géographique qu’ils couvrent ainsi que par les types d’ap-plications supportées. Le schéma suivant illustre les catégories desréseaux sans l.

FIG. 1.1 – Les catégories des réseaux sans l. [MAT08]

1.1.1 Le réseau personnel sans l

Il concerne les réseaux sans l d’une faible portée : de l’ordre dequelques dizaines de mètres. Ce type de réseau sert généralement àrelier des périphériques (imprimante, téléphone portable, appareilsdomestiques, PDA...). Il existe plusieurs technologies utilisées pourles WPAN tel que :

1. La technologie Bluetooth : Est connue aussi sous le nom de lanorme IEEE 802.15.1, elle a été lancée par Ericsson en 1994, pro-posant un débit théorique de 1 Mbps lui permettant une trans-

mission de la voix, des données et des images [2], d’une portée


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maximale d’une trentaine de mètres[1].Bluetooth est une technologie peu onéreuse, grâce à sa forte in-

tégration sur une puce unique de 9 mm sur 9 mm [3] ; Elle pré-sente également l’avantage de fonctionner sur des appareils àfaible puissance d’où une faible consommation d’énergie [1].

2. La technologie ZigBee : EstconnueaussisouslenomdelanormeIEEE 802.15.4, permet d’obtenir des liaisons sans l à bas prixavec une très faible consommation d’énergie, ce qui la rend par-ticulièrement adaptée pour être directement intégrée dans depetits appareils électroniques (capteurs, appareils électroména-gers...) [1].Les réseaux ZigBee permettent d’offrir des débits jusqu’à 250Kbits/s dans la bande classique des 2,4GHz. Les RCSF consti-tuent une des applications que cette norme peut couvrir [1].

3. Les liaisons infrarouges : Permettent de créer des liaisons sans lde quelques mètres avec des débits pouvant monter à quelquesmégabits par seconde. Cette technologie est largement utiliséedans la domotique (télécommandes), et souffre toutefois des per-turbations dûes aux interférences lumineuses.

1.1.2 Le réseau local sans l (WLAN)

C’est un réseau permettant de couvrir une portée d’environ une

centaine de mètres. Il permet de relier les terminaux entre-eux pré-sents dans la zone de couverture. Il existe deux technologies concur-rentes :

1. Les réseaux Wi-Fi (Wireless-Fidelity) : Proviennent de la normeIEEE 802.11, qui dénit une architecture cellulaire. On y trouveprincipalement deux types de réseaux sans l : Ceux qui tra-vaillent à la vitesse de 11 Mbits/s à 2.4 GHz (IEEE 802.11b) etceux qui montent à 54 Mbits/s à 5 GHz (IEEE 802.11 a/g).


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1.2 Les réseaux Ad Hoc

Un réseau ad hoc, ou MANET (Mobile Ad hoc NETwork), est unréseau formé dynamiquement par un ensemble arbitraire de nœudsindépendants. Aucune préinstallation relative au rôle que devrait jouer chaque nœud n’est requise.Dans un réseau adhoc, les nœuds sont supposés se comportés commedes routeurs et des clients à la fois, aussi, chaque nœud est libre dese déplacer et de s’organiser aléatoirement. Ainsi, la topologie du ré-

seau peut changer rapidement et de manière imprévisible [HER05].

1.2.1 Caractéristiques des réseaux Ad Hoc

– Mobilité des nœuds : Dans un réseau ad hoc, la topologie du ré-seau est dynamique, et peut donc changer assez rapidement.

– Liaisons sans l : Le seul moyen de communication dans les ré-seaux ad hoc est l’utilisation d’interfaces sans l. Ces liaisonssans l auront toujours des performances inférieures à leurs ho-mologues câblés [CAM99] .

– Equivalence des nœuds : Dans les réseaux Ad Hoc il n’existe pasde différence entre nœuds tel que les autres réseaux(hôte et sta-tion)car tous nœuds peuvent être amenés à assurer des fonctionsde routage.

1.3 Les réseaux de capteurs sans l (RCSF)

Les réseaux de capteurs sont considérés comme un type spécialdes réseaux Ad hoc. En conséquence, ils héritent des caractéristiquesde ces réseaux, y compris l’architecture sans infrastructure établie etla communication sans l. Les RCSF forment une nouvelle généra-tion de réseaux aux propriétés spéciques, Ils présentent un champ


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d’application très vaste et couvrent plusieurs domaines à caractèrescientique, logistique, militaire ou de santé.

Un RCSF est composé de plusieurs centaines et parfois des mil-liers de nœuds capteurs, chaque nœud est capable de surveiller sonenvironnement et de réagir en cas de besoin en envoyant l’infor-mation collectée à un ou plusieurs points de collecte, à l’aide d’uneconnexion sans l [BAB06].

FIG. 1.2 – le nœud capteur [CAS08].

1.3.1 Architecture d’un nœud capteur

Un nœud capteur est composé de quatre unités principales, quisont présentées dans la gure ci-dessous[CSS04][KHA06].

FIG. 1.3 – les composants d’un nœud capteur [MOA08].

a. Unité de capture (Sensing unit) : Elle est composée de deux sousunités, un dispositif de capture physique qui prélève l’informa-


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tion de l’environnement local et un convertisseur analogique/numérique appelé ADC (Analog to Digital Converters).

b. Unité de traitement (Processing unit) : Les données captées sontcommuniquées au processeur où elles sont stockées dans la mé-moire.

c. Unité de communication (Transceiver unit) : Elle est composéed’un émetteur/récepteur (module radio) permettant la commu-nication entre les différents nœuds du réseau.

d. Unité d’énergie (Power unit) : C’est la batterie qui, n’est généra-lement ni rechargeable ni remplaçable. La capacité d’énergie li-mitée au niveau des capteurs représente la contrainte principalelors de la conception de protocoles pour les réseaux de capteurs.Les unités d’énergie peuvent être supportées par des photopilesqui permettent de convertir l’énergie lumineuse en courant élec-trique.

1.3.2 Organisation d’un nœud capteur

les réseaux de capteurs utilisent une pile protocolaire de commu-nication composée de cinq couches : une couche application, unecouche transport, une couche réseau, une couche liaison de donnéeset une couche physique. Cette pile est égalementcaractérisée par troisniveaux qui intègrent dans les protocoles des différentes couches laprise en compte de l’énergie consommée, de la mobilité des nœuds,et de la gestion de la distribution des tâches sur les différents nœudsdu réseau [DOH06].

a. La couche physique : Elle est responsable de la sélection de fré-quence, la génération de la fréquence porteuse, la détection dusignal, la modulation/ démodulation et le cryptage/décryptage

des informations. Il est avantageux en matièred’économie d’éner-


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FIG. 1.4 – La pile protoclaire [CSS04].

gie que le concepteur de la couche physique choisit une trans-mission à multi-sauts plutôt qu’une transmission directe qui né-cessite une puissance de transmission très élevée [CSS04].

b. La couche liaison de données : La couche liaison de données estprincipalement responsable de :– Multiplexer le ux de données.– Détecter et verrouiller les trames de données.– Contrôler l’accès au support de transmission (Media Access

Control).– Contrôler les erreurs.– Et d’assurer une connexion able (point-à-point ou point-à-

multipoints) selon la topologie du réseau de capteurs.c. La couche réseau : Gère les échanges (et éventuellement les connexions)

au travers du RCSF. Sachant que le positionnement des nœudsétant aléatoire et dense, les protocoles de routage traditionnelsdeviennent inadéquats. Pour cela, la communication multi-sauts

est la mieux adaptée. Cette couche prend en charge la décou-


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verte du voisinage, l’allocation des ressources et le routage.d. La couche transport : Dans les réseaux de capteurs, la couche

transport est essentiellement présente pour constituer une inter-face entre la couche application et la couche réseau [HAM07].Ses principaux objectifs sont :– Multiplexer et démultiplexer les messages entre les applica-

tions et la couche réseau.– Contrôler les données à haut niveau.– Réguler la quantité des données injectées dans le réseau.Le rôle de cette couche intervient essentiellement lorsqu’on vaaccéder à partir de notre RCSF vers un autre RCSF ou vers Inter-net.

e. La couche application : La couche application constitue l’en-semble des applications implémentées sur un réseau de capteurs.Ces applications devraient fournir des mécanismes permettant à

l’utilisateur d’intéragir avec le réseau de capteurs à travers dif-férentes interfaces, et éventuellement, par l’intermédiaire d’unréseau étendu (par exemple : Internet).Cette couche est responsable par exemple sur la collecte, le co-dage, l’agrégation et la compression des données collectées.


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En plus les 3 niveaux(plans) :

a. Le niveau de gestion d’énergie : Chargé de contrôler la manièredont un nœud utilise son énergie.

b. Le niveau de gestion des tâches : Assure l’équilibrage de la dis-tribution des tâches sur les différents nœuds pour accomplir untravail coopératif.

c. Le niveau de gestion de la mobilité : Détecte et enregistre toutles mouvements des nœuds capteurs.

1.3.3 Architecture d’un réseau de capteurs

Les nœuds capteurs sont habituellement dispersés dans une zonede capture. Chacun de ces nœuds à la possibilité de collecter les don-nées et de les router vers une ou plusieurs stations de base (sinknode). Ce dernier est un point de collecte de données capturées. Ilpeut communiquer les données collectées à l’utilisateur nal à tra-vers un réseau de communication, éventuellement l’Internet[MOA08].

FIG. 1.5 – Architecture de commnication d’un RCSF [KEC07].

Comme le montre la (Figure 1.5), un RCSF est composé d’un grandnombre de nœuds capteurs éparpillés sur le champ de captage [ELK].


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A un niveau plus élevé un RCSF peut être vu comme étant une

combinaison de deux entités de réseaux :– Le réseau d’acquisition de données : C’est l’union des nœuds

capteurs et du sink, son rôle consiste à collecter les données àpartir de l’environnement et de les rassembler au sink.

– Le réseau de distribution de données : Son rôle est deconnec-ter le réseau d’acquisition des données à un utilisateur.

1.3.4 Les types d’architectures des RCSF1. Les réseaux de capteur sans l plat : Un réseau de capteur sans

l plat est un réseau homogène, où tous les nœuds disposentdes même capacités dans la communication, captage d’informa-tions... Et un sink différent puisque il joue le rôle de passerellechargée à transmettre les informations colléctées à l’utilisateur.

FIG. 1.6 – Architecture Plat des RCSF[ROM07].

2. Les réseaux de capteurs sans l hiérarchique : C’est un réseauhétérogène où les nœuds peuvent disposés d’une source énèr-gitique, d’une portée de communication ou d’une puissance decalcul différente les uns des autres.


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FIG. 1.7 – Architecture hierarchique des RCSF[ROM07].

1.3.5 Les differentes topologies des RCSF :1.3.5.1 La Topologie en étoile :

Dans cette topologie une station de base peut envoyer ou recevoirun message à un certains nombre de nœuds. Ces nœuds peuvent

seulement envoyer ou recevoir un message de l’unique station de base, il ne leur est pas permis de s’échanger des messages.L’avantage de cette topologie est sa simplicité, sa capacité à minimi-ser la consommation d’énergie des nœuds et la minimisation de la-tence de la communication entre les nœuds et la station de base. Soninconvénient est que la station de base n’est pas robuste puisque toutle réseau est géré par un seul nœud .

1.3.5.2 La topologie en grille :

Dans ce type de topologie, n’importe quel nœud peut envoyer àn’importe quel autre nœud dans le réseau qui est dans la portée detransmission. Ceci est appelé la communication multi-sauts, dans la-quelle, si un nœud veut transmettre un message à un autre nœud quiest en dehors de sa portée de transmission, il utilise un nœud inter-médiaire pour envoyer son message au nœud destinataire. L’avan-


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tage de cette topologie est la possibilité du passage à l’échelle, la re-dondance et la tolérance aux fautes, L’inconvénientde cette topologie

est la consommation d’énergie dans la communication multi-sauts etla latence qui sont créés par le passage des messages entre nœudsavant d’arriver à la station de base.

1.3.5.3 La topologie hybride :

Une topologie hybride entre celle en étoile et en grille fournit descommunications réseau robustes et diverses, en assurant la minimi-sation de la consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs.Dans ce type de topologie, les nœuds capteur à faible puissance neroutent pas les messages, mais il y a d’autres nœuds qui ont la pos-sibilité de faire le routage des messages. En général, ces nœuds ontune puissance élevée.

1.3.6 La collection d’information :

Il existe deux méthodes pour collecter les informations d’un réseaude capteurs :

1.3.6.1 À la demande :

Lorsque l’on souhaite avoir l’état de la zone de couverture à unmoment T, le puit émet des brodcasts vers toute la zone pour que lescapteurs remontent leur dernier relevé vers le puit. Les informationssont alors acheminées par le biais d’une communication multi-sauts.

1.3.6.2 Suite à un évènement :

Un évènement se produit en un point de la zone de couverture

(changement brusque de température, mouvement...), les capteurs si-


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FIG. 1.8 – Collecte à la demande .

tués à proximité remontent alors les informations relevées et les ache-minent jusqu’au puit.

FIG. 1.9 – Collecte suite à un événement .


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1.3.7 Les principales caractéristiques des RCSF

– La consommation réduite d’énergie : Chaque nœud dispose d’une batterie de taille réduite, et se trouve donc éxposé à « la mort »une fois tout son stock d’énergie épuisé.

– L’auto-conguration des nœuds capteurs : Dans un RCSF, lesnœuds sont déployés d’une manière aléatoire (missile, avion...),[CSS04]. Ainsi, un nœud capteur doit avoir des capacités d’unepart, pour s’auto-congurer dans le réseau, et d’autre part pourcollaborer avec les autres nœuds dans le but de recongurer dy-namiquement le réseau en cas de changement de topologie duréseau [HOW03].

– La scalabilité : Un réseau de capteur est scalable parce qu’il a lafaculté d’accepter un très grand nombre de nœuds.

– La tolérance aux pannes : Dans le cas de dysfonctionnementd’un nœud (manque d’énergie, interférences avec l’environne-ment d’observation...) ou aussi en casd’ajout de nouveaux nœudscapteurs dans le réseau, ce nœud doit continuer à fonctionnernormalement sans interruption. Ceci explique le fait qu’un RCSFn’adopte pas de topologie xe mais plutôt dynamique.

– Une densité importante des nœuds : La forte densité des nœudsest dûe au mode de placement des nœuds (le mode aléatoire).

– Une collaboration entre les nœuds : Les contraintes strictes deconsommation d’énergie mènent les nœuds capteurs à détecteret traiter les données d’une manière coopérative an d’éviter le

traitement redondant d’une même donnée observée, source de


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la perte d’énergie [4].

1.3.8 Les domaines d’applicationLa taille de plus en plus réduite des micro-capteurs, le coût de

plus en plus faible, la large gamme des types de capteurs disponibles(thermique, optique, vibrations,...) ainsi que le support de communi-cation sans l utilisé, permettent aux réseaux de capteurs d’envahirplusieurs domaines d’applications.Parmi lesquelles, on peut citer :Applications Militaires : Comme dans le cas de plusieurs technolo-

gies, le domaine militaire a été un moteur initial pour le déve-loppement des réseaux de capteurs. Le déploiement rapide, lecoût réduit, l’auto-organisation et la tolérance aux pannes desréseaux de capteurs sont des caractéristiques qui rendent ce typede réseaux un outil appréciable dans un tel domaine.

Comme exemple : La détection et collecte d’informations sur laposition de l’ennemi, la surveillance des zones hostiles (conta-minées), la détection d’agents chimiques, bactériologiques...

Applications Environnementales : Une grande quantité de capteurspeut être déployée en forêt oudans unenvironnementdeconser-vation de la faune an de recueillir des informations diverses

sur l’état du milieu naturel et sur les comportements de dépla-cement.Parmi ces applications, on trouve : Détection des feux de fo-rêt, précision de l’agriculture, Le suivi des mouvements d’oi-seaux,d’animaux et d’insectes...

Applications Médicales : On pourrait imaginer que dans le futur, lasurveillance des fonctions vitales de l’être humain serait possible


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grâce à des micro-capteurs qui pourront être avalés ou implan-tés sous la peau. Actuellement, des micro-caméras qui peuvent

être avalées existent.Par exemple : Le contrôle à distance des données physiologiquesde l’être humain, l’administration des médicaments à l’intérieurdes hôpitaux, le suivi et la surveillance des médecins et des pa-tients au sein de l’hôpital...

Applications Commerciales : Il est possible d’intégrer des nœuds cap-teurs au processus de stockage et de livraison. Le réseau ainsiformé, pourra être utilisé pour connaître la position, l’état et ladirection d’un paquet ou d’une cargaison. Il devient alors pos-sible pour un client qui attend la réception d’un paquet, d’avoirun avis de livraison en temps réel et de connaître la positionactuelle du paquet. On trouve dans ce domaine : La détectionet la surveillance des vols de voiture, les musées interactifs, Lecontrôle environnemental dans les bureaux et les entreprises...

1.3.9 La consommation d’énergie dans les RCSF

Les capteurs sont conçu avec un module d’énergie limité. Ainsi,cette derniére doit être utilisés efcacement an de maximiser la du-

rée de vie du réseau. A noter qu’une fois que l’énergie d’un nœud estépuisé, il est considéré défaillant ce qui provoque une forte probabi-lité de perdre la connectivité du réseau.

1.3.9.1 Les principaux opérations dûes à la consommation d’énergie

a. Energie de capture : L’énergie de capture est dissipée pour ac-complir les tâches suivantes : échantillonnage, traitement de si-gnal, conversion analogique/numérique et activation de la sonde


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est caractérisée par sa puissance. Quand la puissance d’émissionest élevée, le signal aura une grande portée et l’énergie consom-

mée sera plus élevée. Notons que l’énergie de communicationreprésente la portion la plus grande de l’énergie consommée parun nœud capteur.

1.3.9.2 Modèle de consommation d’énergie

Heinzelman et al. [HCB00] proposent un modèle radio de consom-mation d’énergie (Figure 1.11). Ainsi, les énergies nécessaires pourémettreE T x (s, d ) et recevoirE Rx (s) des messages sont donnéescommesuit :

– Pour émettre un message de s bits vers un récepteur loin de dmètres, l’émetteur consomme :

E T x (s, d) = E Txelec (s) + E Txamp (s, d)E T x (s, d) = ( E elec ∗s) + ( E amp ∗s ∗d2 )

– Pour recevoir un message de s bits, le récepteur consomme :E Rx (s) = E Rxelec (s)E Rx (s) = E elec ∗s

E elec et E amp représentent respectivement l’énergie de transmissionélectronique et d’amplication.

FIG. 1.11 – Modéle de consommation d’énergie .


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1.3.9.3 Les facteurs intervenants dans la consommation d’énergie

La consommation d’énergie dépend de plusieurs facteurs qui sontexpliqués ci-dessous :

a. Etat du module radio : Le module radio est le composant dunœud capteur qui consomme le plus d’énergie, puisque c’est luiqui assure la communication entre les nœuds. On distingue lesquatres états suivants :– Etat sommeil : La radio est mise hors tension.

– Etat transmission : La radio transmet un paquet.– Etat réception : La radio reçoit un paquet.– Etat idle : Cet état provoque une perte de l’énergie suite à

l’écoute inutile ducanal de transmission. Pour éviter cette perted’énergie, un capteur doit s’activer qu’en cas de nécessitée, etle reste du temps il doit se mettre dans l’état sommeil.

b. Accès au medium de transmission : Puisque les nœuds partagentle même médium de transmission, la sous-couche MAC joue unrôle important pour la coordination entre les nœuds et la mini-misation de la consommation d’énergie. En effet, minimiser lescollisions entre les nœuds permet de réduire la perte d’énergie.Ainsi les principales causes de perte d’énergie sont :– La retransmission : Les nœuds capteurs possèdent en général

une seule antenne radio et partagent le même canal de trans-mission. Par ailleurs, la transmission simultanée des donnéesprovenant de plusieurs capteurs peut produire des collisionset ainsi une perte de l’information transmise. La retransmis-sion des paquets perdus peut engendrer une perte signica-tive de l’énergie.

– La surécoute : Le phénomène de surécoute (overhearing) seproduit quand un nœud reçoit des paquets qui ne lui sont pas


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destinés, Comme illustré dans la gure suivante :

FIG. 1.12 – La surécoute [MOA08].

– L’écoute active : L’écoute active (idle listening) du canal pourune éventuelle réception de paquet qui ne sera pas reçu peut

engendrer une perte importante de la capacité des nœuds enénergie.– La surcharge : Plusieurs protocoles de la couche MAC fonc-

tionnent par échange de messages de contrôle (overhead) pourassurer différentes fonctionnalités : signalisation, connectivité,établissement de plan d’accès et évitement de collisions. Tousces messages nécessitent une énergie additionnelle.

– La sur-émission : Le phénomène de sur-émission (overemit-ting) se produit quand un nœud capteur envoi les données àun destinataire qui n’est pas prêt à les recevoir.

– La taille des paquets : La taille des messages échangés dansle réseau a un effet sur la consommation d’énergie des nœudsémetteurs et récepteurs.

c. Modèle de propagation radio : Le modèle de propagation repré-sente une estimation de la puissance moyenne reçue du signalradio à une distance donnée d’un émetteur. La propagation dusignal radio est généralement soumise à différents phénomènes :la réexion, la diffraction et la dispersion par divers objets.

d. Routage des données : Le routage dans les réseaux de capteursest un routage multi-sauts. L’acheminement des paquets d’une


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source donnée à une destination se fait à travers plusieurs nœudsintermédiaires.

Dans ce contexte, une mauvaise politique de routage peut avoirdes conséquences graves sur la durée de vie du réseau.

1.3.10 Le routage dans les RCSF

Les protocoles de routage au sein des RCSF sont inuencés parun facteur déterminant à savoir : La minimisation d’énergie sans uneperte considérable de l’éfcacité.Pour cela de nombreuses stratégies de routage ont été crées pour lesréseaux de capteurs. Certaines sont des adaptations de stratégies quiexistaient pour d’autre types de réseaux (réseaux sans l au sens leplus large) tandis que d’autres ont été conçues spécialement pour lesréseaux de capteurs sans l.

Les protocoles de routage proposés pour les RCSF peuvent êtreclassiés selon quatres manières : Selon la topologie, l’établissementde la route, les paradigmes de communication et le fonctionnementdu protocole.Cette classication est conçu comme suit :

1.3.10.1 Exemples de protocoles de routage

a) SPIN :Heinzelman et al. ont proposé une famille de protocole appelée SPIN(Sensor Protocols for Information via Negotiation), reposant sur unmodèle de négociation an de propager l’information dans un réseaude capteurs.Les communications dans SPIN se font en trois étapes [CHE08] :

– Lorsqu’un nœud veut émettre une donnée, il émet d’abord un

message ADV contenant une description de la donnée en ques-


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FIG. 1.13 – Classication des protocoles de routage[BEN09].

tion.– Un nœud recevant un message ADV, consulte sa base d’intérêt.S’il est intéressé par cette information, il émet un message REQvers son voisin.

– En recevant un message REQ, l’émetteur transmet à l’intéresséla donnée sous forme d’un message DATA.


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FIG. 1.14 – Les étapes du protocole SPIN[CHE08].

b) MCFA :Ye et al. ont proposé l’algorithme MCFA (Minimum Cost Forwarding

Algorithm), recherchant un chemin minimal entre la source et le puit,tout en considérant les limites des réseaux de capteurs. Le protocolevise à atteindre trois principaux buts :+ L’optimalité : En acheminant les données sur des chemins à coûtminimum.+ La simplicité : Qui se traduit par une faible consommation en mé-moire, et la non nécessité d’une identication des nœuds.

+ La scalabilité : Étant donnée la faible consommation en mémoireet l’absence d’identicateur de nœuds, le protocole peut être utilisépour un grand nombre de nœuds. En plus, la phase de constructiondes routes ne consomme qu’un message par capteur.

Son principe est le suivant :Chaque nœud maintient une variable de coût, qui détermine le coût

minimal vers le puit sur le chemin optimal. Plusieurs mesures peuvent


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êtreemployées, suivant l’application voulue : nombrede sauts, consom-mation d’énergie, . . . etc.

c) Directed Diffusion :Directed Diffusion est un protocole de propagation de données, per-mettant d’utiliser plusieurs chemins pour le routage d’information.Le puit diffuse un intérêt sous forme de requête, an d’interrogerle réseau sur une donnée particulière. Il se base sur le modèle pu- blish/subscribe. DD repose sur quatre éléments : nomination des

données, propagation des intérêts et l’établissement des gradients,propagation des données et renforcement des chemins.DD emploi l’inondation globale du réseau. Chaque nœud maintientlocalement un cache d’intérêt contenant les informations suivantes :

– La description de l’intérêt, en utilisant le schéma de nomina-tion :Lorsqu’un puits requiert une donnée du réseau, il propageun intérêt, contenant sa description ainsi que le débit d’informa-

tion désirée.– Un ensemble de gradients : Lorsqu’un nœud recoit un intérêt,

il parcourt son cache :+ Si le cache ne contient aucune entrée relative a l’intérêt recu,une nouvelle entrée est créee avec un gradient vers le voisinémetteur.+ Dans le cas contraire, le nœud recherche un gradient vers levoisin émetteur, et met à jour en conséquence l’entrée en ques-tion. Aprés le traitement ducache, le nœudrelai l’intérêt vers sesvoisins. La méthode la plus simple est d’utiliser l’inondation.


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FIG. 1.15 – Etapes décrivantes le protocole DirectedDiffusion [CHE08].

1.4 Conclusion

Ce chapitre a donner une vue globale sur le domaine desréseaux de capteurs sans l qui sont apparentés aux réseau Adhoc.

Les réseaux de capteurs sans l présentent un intérêt consi-dérable et une nouvelle étape dans l’évolution des technologiesde l’information et de la communication. Cette nouvelle techno-logie suscite un intérêt croissant vu la diversité de ces applica-tions : santé, environnement, industrie et même dans le domainesportif.

Cependant, la réalisation des réseaux de capteurs doit sa-tisfaire quelques contraintes tel que la consommation d’éner-gie, le changement de la topologie, la densité importante du ré-

seau,...etc. Ces limites ont menées les chercheurs à suggérer des


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Chapitre 2

La surveillance des Réseaux deCapteurs Sans Fil

La surveillance est un dispositif utilisé pour analyser l’état du sys-tème. Elle consiste à détécter et classer les défaillances tout en ob-servant l’état du système en temps réel, puis diagnostiquer [GVA07]pour pouvoir localiser les éléments défaillants et déteminer les causes.En général, La conception d’une supervision performante repose surla combinaison des techniques de surveillance et de diagnostic.

De ce fait dans les RCSF, Certains nœuds capteurs peuvent être bloqués ou tomber en panne à cause d’un manque d’énergie, d’un dé-gât matériel ou d’une interférence environnementale. La panne d’unnœud capteur ne doit pas affecter le fonctionnement global de sonréseau. C’est le problème de abilité ou de tolérance aux pannes.

Pour la résolution de ces problèmes, plusieurs approches centra-lisées ont été proposées qui se base sur le diagnostic et la recongu-ration au niveau du sink ce qui provoque plusieurs inconvénients telque : La surcharge du module, La surcharge du réseau par les mes-sages de contrôle , les délais de transmission qui peuvent retardés ladétection des défauts, et le plus grand désavantage est la défaillancedu module sink.


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La surveillance des Réseaux de Capteurs Sans Fil 32

Dans ces circonstances, on présentera dans ce chapitre une mé-thode décentralisée qui visent la reconguration du réseau en cas de

défaillance en se fondant sur le principe de redondance avec quelquepropriétés de la théorie des graphes an demaintenir le réseau connexetout en couvrant la totalité de la zone de capture.


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2.1 La supervision des RCSF

Un superviseur a pour objectif d’assurer le bon déroulementd’unemission en présence de problèmes et de gérer le meilleur fonctionne-ment possible. De ce principe, la surveillance des réseaux de capteursconsiste à détécter les défaults et les pannes ensuite générer des solu-tions en temps réel pour gardé la longévité du réseau.Les pannes peuvent se produire à cause d’un défaut au niveau lo-giciel ou d’une erreur humaine. Dans les RCSF, la panne est géné-

ralement déclanchée à cause de l’épuisement d’énergie d’un nœudqui est provoqué par la surcharge du réseau avec les messages decontrôles et même à cause des contraintes dans lequel le réseau estdéployé.

2.1.1 Les Pannes

Une faille (ou panne) du système se produit lorsque son compor-tement devient inconsistant et ne fournit pas le résultat voulu. Lapanne est une conséquence d’une ou plusieurs erreurs. Une erreurreprésente un état invalide du système du à une faute (défaut). Lafaute est donc la première cause de l’erreur, cette dernière provoquela faille du système.

2.1.1.1 Classication des pannes

Le schéma suivant montre une classication générale selon la du-rée, la cause ou le comportement d’une panne :

A. Pannes selon durée :a1. [Transitoire :] Conséquence d’un impact environnemental

temporaire, elle peut éventuellement disparaître sans au-


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nement du système.Elle est généralement dûe aux causes physiques. En outre,

on peut distinguer, spécialement pour les réseaux de cap-teurs, trois principales causes : L’énergie, Sécurité et Trans-mission.

C. Pannes selon le comportement résultant :c1. [Panne accidentelle (Crash) :] Le composant soit, il s’arrête

complètement de fonctionner ou bien continue mais sans re-tourner à un état stable (valide).

c2. [Panne d’omission :] Le composant n’est plus capable d’amé-liorer son service (échec total).

c3. [Panne de synchronisation (Timing) :] Le composant effec-tue son traitement mais fournit le résultat en retard.

C4. [Panne Byzantine :] Cette panne est de nature arbitraire ; lecomportement du composant est donc imprévisible. Dû àdes attaques très malicieuses, ce type de pannes est consi-déré le plus difcile à gérer.

2.1.2 Solution architecturale tolérante aux pannes dans les RCSF

La solution peut être classiée en 3 catégorie :

§ Gestion de la batterie : Cette catégorie est considérée commeune approche préventive, où les protocoles dénissent une dis-tribution uniforme pour la dissipation d’énergie entre les dif-férents nœuds capteurs ; an de mieux gérer la consommationd’énergie et l’augmentation de la durée de vie de réseau. Enoutre, le mécanisme de mise en veille est une technique de ges-tion de batterie. En effet, les protocoles déterminent des délais

de mise en veille des nœuds capteurs inactifs pour une meilleure


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Agrégation :Considérée comme approche préventive, l’opérationd’agrégation effectue un traitement supplémentaire sur les don-

nées brutes captées depuis l’environnement. Un nœud agréga-teur combine les données provenant de plusieurs nœuds en uneinformation signicative ; ce qui réduit considérablement la quan-tité de données transmises, demande moins d’énergie et aug-mente ainsi la durée de vie du réseau.Clustering : Une des importantes approches pour traiter la struc-ture d’un réseau de capteurs est le clustering. Il permet la for-

mation d’un backbone virtuel qui améliore l’utilisation des res-sources rares telles que la bande passante et l’énergie. Par ailleurs,le clustering aide à réaliser du multiplexage entre différents clus-ters. En outre, il améliore les performances des algorithmes deroutage. Plusieurs protocoles utilisent cette approche préventive[FEL07].

2.1.3 Aspect de surveillance d’un RCSF2.1.3.1 Méthodologie de déploiement :

Les capteurs peuvent généralement être placés dans une zone d’inté-rêt, soit déterministe ou aléatoire. Le choix de la stratégie de déploie-ment dépond du type de capteurs, l’application et l’environnement

de fonctionnement du capteur. Le déploiement contrôlé des nœudsest viable, et souvent nécessaire lorsque les capteurs sont chers, oulorsque leur fonctionnement est sensiblement affecté par leur posi-tion. Dans certaines applications, la distribution aléatoire des nœudsest la seule option possible. Cela est particulièrement vrai pour lesenvironnements difciles tels que le champ de bataille ou une régionde catastrophe. Selon la distribution des nœuds et leniveau de redon-

dance, le déploiement aléatoire des nœuds peut atteindre les objectifs


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de performance.

FIG. 2.2 – Stratégies de déploiement des noeuds dans un RCSF[YAK].

2.1.3.2 Connectivité du réseau

Un réseau de capteur sans l est dit connecté si et seulement s’ilexiste au moins une route entre chaque paire de nœuds [MER03]. Laconnectivité dépend essentiellement de l’existencedes routes. Elle estaffectée par les changements de topologie causés par la mobilité ou

la défaillance des nœuds [BEC09].Le principe est que la bonne couverture sera rendue lorsque T r est unmultiple de S r . Cependant, si la portée de communication est limitée,par exemple, T r = S r , la connectivité devient un problème important,sauf si la redondance en matière de couverture est provisionnée.

L’une des méthodes utilisées a été proposée par " J. Bredin, E. De-maine, M. Taghi Hajiaghayi, and D. Rus" en 2005 qui se base sur laformulation des RCSFs K-connectés [CSS04]. K-connectivité supposequ’il existe K chemins indépendants entre chaque paire de nœuds.Pour K> 1, le réseau peut tolérer certains défaillances de liens et ga-rantie une certaine capacité de communication entre les nœuds. Lesauteurs étudient le problème du placementdes nœuds pour atteindreK-connectivité au moment de conguration du réseau ou de répa-rer un réseau déconnecté formulent le problème comme un modèle


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d’optimisation qui cherche à minimiser le nombre de nœuds supplé-mentaires requis pour maintenir la K-connectivité.

2.1.3.3 La couverture

Le problème de la couverture dans les réseaux de capteurs vidéon’est pas récent [MSP09]. Plusieurs travaux ont déjà traité ce pro- blème de plusieurs manières. Cependant, il éxiste deux catégories decouverture :- Couverture des cibles pré- déterminées : Consiste à trouver un sous-ensemble de nœuds connexes et qui assure la surveillance d’un en-semble de cibles dont la position est connue à priori.- Couverture d’une zone : consiste à trouver un sous-ensemble denœuds connexes et qui assure la surveillance de toute la zone de dé-ploiement.

Soit un réseau de n nœuds déployés pour surveiller une régiond’intérêt, un nœud est caractérisé par son rayon de couverture r etson rayon de transmission. La couverture dans un réseau de capteursans l dépend de la denité des nœuds. Cette densité est donnée parl’équation extraite de [CSS04] :

µ(R) = ( N ΠR 2 )/A

Où :

- R le rayon de transmission d’un nœud,- A l’air de calcul,- N le nombre de nœuds situé dans l’air A

2.1.3.4 Longévité du réseau

Prolonger la durée de vie du réseau a été l’objectif d’optimisationpour la plupart des protocoles de communication publié pour les ré-seaux de capteurs. Les positions des nœuds signicatives impact sur


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la durée de vie du réseau. Par exemple, les variations de densité desnœuds dans toute la région peuvent mener à la charge de trac dés-

équilibré et provoquer des goulets d’étranglement [HWT05].Un Réseau de capteur sans l devient inexploitable quand la connec-tivité entre ses nœuds est perdue, on dit que le réseau est mort.

2.1.4 La redondance

La redondance d’une façon générale est utilisée pour prévenir undysfonctionnement dans un sytème. Comme dans le cas des RCSF, laredondance est établie pour étendre la durée de vie du réseau, sur-tout que cette dernière se rapporte au surnombre des nœuds.La redondance se divise en deux catégories :a) La redondance matérielle ou physique. b) La redondance analytique.

2.1.4.1 La redondance Matérielle

La redondance physique consiste à utiliser plusieurs capteurs, ac-tionneurs, processeurs et logiciels pour mesurer et/ou contrôler unevariable particulière. Un principe de vote est appliqué sur les valeursredondantes pour décider si une faute est présente ou non. Cette ap-proche entraîne un coût important en instrumentation mais s’avère

extrêmement able et simple à implanter. Elle est mise en œuvre es-sentiellement sur des systèmes à hauts risques tels que les centralesnucléaires ou les avions.Cette approche est appliquée pour les RCSF, puisque c’est le moyenle plus facile d’obtenir plusieurs informations sur une même variableet de disposer de plusieurs capteurs mesurant la grandeur de cettevariable.

La redondance physique souffre d’un désavantage majeur : son


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FIG. 2.3 – La redondance matérielle[RIP99].

coût. Doubler le nombre de capteur revient au moins à doubler leprix de l’organe de mesure. De plus, les contraintes ergonomiquesliées à l’installation de ces capteurs peuvent limiter leur utilisation.Les modes qui peuvent être appliqués aux différents niveaux d’unsystèmes sont :

1. La redondance active : Elle est adapté pour les systèmes critiquesà cause de son principe qui tolère la faute d’un ou de plusieurscomposants.

2. La redondance passive : Basé sur la redondance en utilisant uneseule copie, appelée "copie primaire" ; alors que les autres copiessont utilisées seulement en cas de défaillance.

3. La redondance hybride : Comme son nom l’indique c’est une combinaison entre les deux redondances cites précédemment.

Lechoix de la stratégie de redondance se fait en fonctiondes contrainteset des besoins applicatifs. Dans le cas des réseaux de capteurs sansl, la réplication active est préférable pour tolérer aux défaillancesfréquentes des nœuds capteurs.


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2.1.4.2 La redondance analytique

Un complément à la redondance physique est d’exploiter lescontraintes liant les différentes variables du système. Ces contraintespeuvent souvent s’exprimer sous la forme de relations analytiquesliant les variables connues (relations d’entrée/sortieou de sortie/sortie).Ces relations sont appelées des relations de redondance analytique.Le principe de la surveillance consiste à vérier si ces relations sontégales à zéro (dans un sens statistique précisé plus loin) en utilisantles mesures prélevées en ligne sur le système. Le concept de redon-dance analytique repose sur l’utilisation d’un modèle mathématiquedu système à surveiller.

Dénition 1 la structure d’une relation de redondance analytique est laliste minimale des contraintes devant être satisfaites pour que celle-ci le soit

également. Chaque contrainte étant associèe à un composant, la structured’une RRA sera notée en utilisant l’ensemble des composants correspon-dants. [MAQ03]

L’approche utilisant la redondance analytique se décompose gé-néralement en deux phases distinctes :- La première concerne la génération de résidus caractéristiques de lapanne.- La seconde étape concerne la prise de décision qui a trait à la dé-tection et éventuellement à la localisation d’un élément défaillant.Elle met en œuvre des techniques de détection de ruptures et de testsd’hypothèses.Ce principe est souvent difcile à exploiter comme dans le cas desRCSF à cause du changement fréquent de la topologie du réseau liéeà l’épuisement de la batterie ou même la mobilité des capteurs. Pour


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ces raison, la redondance matérielle est utilisée surtout que le coûtdes capteurs sans ls devient de plus en plus réduit.

2.2 Systèmes Multi-agents

Un système multi-agent (SMA) est un système composé d’un en-semble d’agents, situés dans un certain environnement et interagis-sant selon certaines relations. Un agent est une entité caractérisée parle fait qu’elle est, au moins partiellement, autonome. Ce peut être un

processus, un robot, un être humain, etc. Objet de longue date derecherches en intelligence articielle distribuée, les systèmes multi-agents forment un type intéressant de modélisation de sociétés, et ontà ce titre des champs d’application larges, allant jusqu’aux scienceshumaines.En d’autre termes,c’est de faire coopérer un ensemble d’entités (agents)dotées d’un comportement intelligent , coordonner leurs buts et leursplans d’actions pour résoudre un problème.

2.2.1 Caractéristiques des Systèmes Multi-Agents

– Chaque agent a des informations ou des capacités de résolutionde problèmes incomplètes, donc chaque agent a un point de vue

limité;– Il n’y a pas de contrôle global du système;– Les données sont décentralisées ;– Les calculs sont asynchrone


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2.3 Les Travaux Antérieurs

Dans le domaine des RCSF(s) plusieurs approches ont été propo-sées pour remédier aux problèmes trouvés suite au fonctionnementdes RCSF(s). Dans ce contexte, les méthodes ou les solutions propo-sées sont classées en deux catégories :

– Les Méthodes Centralisées;– Les Méthodes Décentralisées.

Sachant que les chercheurs s’orientent vers la deuxième catégorie à

cause des problèmes de centralisation qui peuvent se résumé en :– Surcharge du module de traitement ;– Surcharge des nœuds par les messages de contrôles.....etc.

De ce fait, les travaux concernant les RCSF(s) s’orientent plus versl’économie d’énergie, la qualité de service et dernièrement vers lasurveillance des RCSF(s). En ce qui concerne ce dernier point, on peutciter ce qui suit :

Dans " SELF ORGANIZED SENSOR"[YCC05], l’auteur à conçuson protocole de surveillance basé sur la construction d’ un arbre hié-rarchique en utilisant le modèle mathématique tels que la théorie desgraphes ou d’un diagramme de Voronoi qui s’appliquer à une vastezone en raison de l’utilisation de la communication multi-sauts ainsiLes données pourraient être agrégées au niveau des nœuds intermé-diaires.

Il se base sur les points suivants :– Collecter les positions des nœuds ;– Nettoyer les nœuds Redondants et détecter les nœuds frontière ;– Détecter et suivre les objets d’intrusions ;– Réorganiser les nœuds lorsque un nœud meurt.

Le nœud redondant est détecter selon sa zone de couverture avec uneimage binaire.


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Le Protocole de EEP proposé par SAYAD MAYA [SAY09] apportedes améliorations telles que l’augmentation de la durée de fonction-

nement du réseau ainsi que la diminution du delai de transmission.Par conséquent il y’a l’économie d’énergie car la creation des routesest dynamiqueet sebasesur une fonction de coût qui prend encomptele niveau d’énergie des nœuds et leur distance par rapport a la sta-tion de base.

Les auteurs [BAI10] ont étudiés la surveillance en utilisant l’aide

multicritère à la décision en formulant des spéciques qui sont lesressources limitées en termes de charge et de capacités de stockageet de calcul, ainsi que l’absence d’infrastructure xe (la mobilité),connectivité, et la distance entre les capteurs faire face aux mauvaiscomportements qui peuvent le cibler.

Dans CFIP09 [MSP09]les auteurs s’intéressent à la surveillance des

vidéos des Réseaux De Capteurs Sans Fil ou ils adoptent une ap-proche pour ordonnancer de manière adaptatif l’activité des nœudsvidéo en fonction de la couverture. Ils ce sont dirigés vers un al-gorithme distribué où chaque nœud organise ses voisins en un en-semble de nœuds disjoint ensuite en se basant sur l’activité, chaquenœud décide s’il reste actif ou non. Simulation s’est établie a based’un modèle multi-niveaux.

Samira ALLAM dans [ALL09] s’interesse au protocole de routage basé sur une approche distribué avec un contexte multi-agent ba-sée sur l’Auto-organisation pour but de ballier d’un système centra-lisé à un système descentralisé pour garantir la réduction d’énergieconsommée.

Dans [BEC09] l’auteur à proposé un modéle descentralisé pour lasurveillance d’un RCSF en utilisant un simulateur personnel conçu


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avec C++ pour la validation des tests.

Aprés plusieurs recherches, nous avons constaté que la surveillancedes RCSF(s) est un domaine qui s’élargie d’où les chercheurs s’inté-resse de plus en plus vers cette porte qui a ouvert un autre concept derecherche. De ce fait nous nous sommes basé sur l’application d’uneapproche distribuée pour les Réseaux De Capteurs Sans Fil et de si-mulé cette approche sur un simulateur exisant et Open Source.L’approche distribuée ou à Multi-Agents pour :

– L’adaptation à la réalité ;– La coopération ;– La résolution de problèmes complexes ;– L’efcacité ;– La abilité.


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2.4 Description de l’approche distribuée (décentrali-sée)

L’approche suivie consiste à la dénition d’un réseau de capteursans lavec le principed’agents : différents rôles attribués aux nœudspour formé des groupes (zones ou clusters), Ce même algorithme estutilisé pour la réorganisation du réseau en cas de défaillance en utili-sant le principe de redondance avec la théorie de graphe.

2.4.1 Topologie du réseauLe réseau de capteur sans l est déployé aléatoirement dans une

zone, ces nœuds suivent une topologie dynamique c.à.d que les cap-teurs peuvent bougés ou même l’ajout ou la disparaission des cap-teurs peut être envisageable.Le réseau est divisé en groupes de capteurs où chaque nœud a unrôle affécté en fonction de ses voisins lors de l’organisation du ré-seau. Ce principe est suivi pour faire coopérer un ensemble d’entitésdotés d’un comportement, cordonner leurs buts et leurs plans d’ac-tions pour résoudre un problème [LEB].

2.4.2 Dénition des rôles

Les rôles peuvent être dénis comme suit :a) Nœud Représentant : C’est le nœud qui administre les com-

munications au sein du groupe de capteur. Il assume toutes lesrequêtes d’envoies de messages des membres de sa région. C’estle nœud qui s’encharge de la communication du groupe avecl’extérieur. Notons qu’un représentant ne peut jamais avoir unvoisin du même rôle.


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b) Nœud Liaison : Permet aux nœuds représentant de communi-quer (il est aux frontières de plusieurs groupes de capteurs). Il

est chargé d’assumer les communications entre les régions.

c) Nœud Simple : N’est autre qu’un simple capteur, il capture del’information demandée et la faire communiquer au Sink via sonreprésentant.

d) Nœud Sink : C’est la station principale qui peut communiquer

avec tout les nœuds an de collecter les informations voulues.

FIG. 2.4 – Organisation en régions des nœuds capteurs [ALL09].


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2.4.2.1 Algorithme d’attribution de rôle

L’algorithme suivant explique la procédure d’affectation de rôles.AffectationRole{if(NombreVoisin !=0){if(NbreVoisinRepresentant == 0)//Aucun Représentant voisin alors le capteur le devient.RoleAffecté = Representant ;else{if(NbreVoisinRepresentant == 1)& &(RoleAffecté != Representant){//il existe un seul représentant lié aux nœuds ce//qui oblige les autres capteurs a devenir des nœuds simpleRoleAffecté = Simple ;}else{//plusieurs représentant autour du nœud alors ce//capteur ne peut être qu’un noeud de liaisonRoleAffecté = Liaison;

}}}}L’application de tel algorithme mène le réseau a se représenté de la

façon suivante :


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FIG. 2.5 – Affectation des rôles dans un RCSF.

2.5 Le protocole de routage adopté

Le protocole de routage suivant se base sur le principe d’attribu-tion de rôles qui se compose en plusieurs étape résumées dans lespoints suivant :

• La détection du voisinage ;• Changement de rôles ;• Détection des groupes voisins ;• Résolution de conits entre représentants ;• Gestion de la redondance.• Mécanisme de détection des pannes.

Sachant que les nœuds de ce système intéragissent par envois demessages. Les intéractions entre les 3 agents permettent de comprendrele fonctionnement de ce protocole. Ces intéractions sont dénies parrapport au rôle attribué.


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2.5.1 Les Diagrammes UML

Les Diagrammes suivant la méthode UML, plus précisément lediagramme Etat-Transition et Diagramme de Séquence sont élaboréspour présenter les différents états d’un nœud et pour donner uneidée générale et plus claire sur le principe de l’approche suivie.

FIG. 2.6 – Diagramme Etat Transition.


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FIG. 2.7 – Diagramme De Séquence.

2.5.1.1 La détection du voisinage

Le voisinage d’un nœud est détécté pour assurer la connexiondu réseau. Dans ce contexte, Chaque capteur diffuse un message dit"Message HELLO" (à tout les nœuds d’un seul saut). Ce message estdéni comme suit :

Type Source Destination NSaut


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Chaque nœuds recevant ce message (HELLO) répond par un mes-sage à destination (non rediffusable) structuré ainsi :

Type Source Destination Rôle Groupe Position NSaut[BEC09]

Par l’envoie de ces messages, tout les nœuds peuvent mettre à jourleurs table de voisinage et de ce principe le changement de rôle peutaffécté les nœuds capteur.

2.5.2 Changement de rôles :

Lors de la détection de changement dans la table de voisinage parun nœud. Ce dernier éxécute l’algorithme de changement de rôle ex-pliqué précédemment en envoyant un message "ChangeRole" qui ala structure présenté ci-dessous. Sachant que chaque nœud recevantce message sera obligé à éxécuté l’algorithme d’attribution de rôlestout en modiant sa table de voisin.

Type Source Destination Rôle Groupe [BEC09]

FIG. 2.8 – Introduction d’un nouveau nœud.


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2.5.3 Détection des groupes voisins

Les nœuds Représentants sont dénis avec une table contenantles groupes voisins. Cette dernière doit être mise à jour suivant laconnaissance des nœuds liaisons entre les groupe en se servant dumessage HELLO.Cette gure présente le fonctionnement cité sur la détection des groupesadjacents.

FIG. 2.9 – Détection des groupes adjacents.

2.5.4 Vérication de la cohérence des groupes :Le problème d’incohérence peut être détécté par un nœud simple.

Parce que ce problème peut être causé si et seulement s’il existe deuxgroupes disjoint c.à.d les nœuds simples se voient mais leurs repré-sentant ne peuvent pas commnuniquer (Manque d’un nœud liaison).Le schéma suivant illustre ce problème :

À l’instant où un nœud détecte l’incohérence, il propage un mes-sage "VérifCohérence" qui est formé de :

Type Source Destination Rôle Groupe GrpVoisin [BEC09]

La réception du message "VérifInconhérence" déclanche la procé-dure d’attribution de rôle. Aprés l’éxécution de cette procédure etsi l’incohérence est conrmée, un nœud Représentant peut changerson rôle en affectant à un autre nœud le rôle Représentant en lui en-


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FIG. 2.10 – Correction du problème d’incohérence.

voyant le message "PasseReprésentant" comme le montre la structuresuivante :

Type Source Destination Groupe [BEC09]

2.5.5 Résolution de conits entre représentants

Un réseau de capteur suit une topologie dynamique, c-à-d la to-pologie peut changer à cause de la mobilité d’un nœud (épuisementd’énèrgie....). Cette conguration peut produire un conit entre lesgroupes dans le cas où deux représentants deviennent voisins.

Ce problème peut être résolu à l’aide du message "ResConit" quia le format suivant :

Type Source Destination Score [BEC09]

Sachant que le "Score" déni l’énergie restante de chaque Repré-sentant pour pouvoir désigner le meilleur nœud au niveau d’énèrgie.De ce fait, Le nœud Représentant qui reçoit ce message peut soit restéReprésentant si son score est élevé en renvoyant le message "ResCon-it", ou devenir un nœud Simple en diffusant le message "Change-Rôle".


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FIG. 2.11 – Résolution de conit entre Représentants.

2.5.6 Gestion de la redondance

Un nœud est dit redondant si et seulement s’il existe un autrenœud possédant le même rôle apte d’assurer précisément les mêmestâches du nœud condidat.Ce mécanisme de gestion de redondance est utilisé pour maintenirune longue du fonctionnement du vie au réseau avec un minimumde nœuds collaborant pour pouvoir réveiller les autres nœuds en casde défaillance d’un capteur.Ce processus est appliqué sur tous les nœuds dont leurs rôles est soitSimple ou Liaison de la façon suivante :

a. NŒUD SIMPLE :Un nœud Simple "S1" est dit redondant s’il existe un autre nœudSimple "S2" appartenant au même groupe que S1 tel que :

distance(S2,R) >= distance(S1,R)R : Nœud Représentant,d : Distance.

On peut formuler ce principe en utilisant la propriété de Ga- briel :


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Redondant (S 1)/S 1 Gi ⇒ ∃ S 2 GietS 1 Cercle(S 2, R i)[BEC09]

FIG. 2.12 – Redondance des nœuds simples.

b. NŒUD LIAISON :Un nœud liaison L1 est considéré redondant si et seulement s’ilexiste un autre nœud de liaison L2 tel que les représentants Ricouvert par le nœud L1 sont inclus ou égal à l’ensemble desnœuds représentants couvert par L2.On peut formuler ça de la façon suivante :

Redondant (L1)/L 1 Gi ⇒ ∃ L2 Gi /Grp (L1) ⊆ Grp(L2) [BEC09]

- Gi un groupe de nœuds ayant Ri comme représentant.- L j un nœud liaison dans le groupe Gi .- Grp(L j ) l’ensemble des groupes adjacents accessibles par R i àtravers le nœud liaison L j .- Le prédicat Redondant(L j ) valant "Vrai" quand le nœud L j est

déclaré redondant.

2.5.6.1 Le principe suivi pour gérer la redondance :

La redondance des nœuds est gérer par l’échange des messages.Sachant que seulement le Représentant a l’habilité de changer l’étatd’un nœud qui fait partie de son groupe en se basant sur un message"ChangeEtat" qui est envoyé à un nœud précis pour soit le réveiller


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ou l’endormir.La composition du message est comme suit :

Type Source Destination NS [BEC09]Sachant que :

- NS "NEW STATE" est le nouveau état destiné à un nœud par sonreprésentant.Le mécanisme est présenter dans la (Figure 2.13) :

FIG. 2.13 – Changement d’état d’un nœud.

2.5.6.2 Mécanisme de détection des pannes

Le mécansime de détection de pannes est éxploité au niveau decette approche. Dans ce contexte, l’échange pèrdiodique du message"HELLO" permet au nœud Représentant de découvrir la défaillancedes autres nœuds appartenant à son groupe.Le principe peut être décrit dans ces points :

Le nœud Représentantdiffuse pèriodiquement le message "HELLO"aux nœuds actifs.

Tous nœuds recevant ce message répond par le message "HEL-LORep" c.à.d que ces nœuds collaborent toujours dans le réseau.

Le nœud qui ne répond pas, est considéré défaillant par le Re-présentant, ce dernier réveille tous les nœuds voisins et lance le


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processus d’affectation des rôles en diffusant le message "Chan-geEtat".

2.5.7 Collecte d’information

Un réseau de capteur est conguré pour la collection d’informa-tion, tel que la température, la pression, ou des informations multi-média.L’approche utilisée se base sur l’utilisation de deux messages simplesde type scalaire Data et DataReq déni comme suit :

Type Source Destination Mesure

Type Source Destination

Le sink diffuse sa requête en utilisant DataReq à tous les nœuds,Ces derniers exploite ce message selon leurs rôles .

Nœud Liaison : Passe la requête à tous ses représentants voisins.

Nœud Simple : Envoie la valeur mesuré à son représentant.

Simulateur - OMNET++

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