Principes fondamentaux des réseaux sans fil - Avril 2020 Dr K. MEKKAOUI
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Principes fondamentaux des réseaux
sans fil
Présenté par
Dr K. MEKKAOUI
Enseignant à l’université de Saida
eMail : mekdar@hotmail.com
Avril 2020
K. Mekkaoui 1
Plan
Introduction et présentation des RSF
Applications des RSF
Architecture Protocolaire
Méthodes d’accès
Aspects pratiques des RSF
Travaux en cours
Conclusion et perspectives
RSF- WN
Qu’est ce qu’un réseau sans fil?
Système flexible de transmission de données (média Radio)
Alternative ou complément à un réseau filaire
Les objectifs
• Installation simple et rapide
• Coût réduit
• Confort d’utilisation
• Mobilité
• Compatibilité avec les standards réseaux existants
RSF
Généralisation de la transmission sans fil :
Réseaux cellulaires (GSM, UMTS, LTE …)
Réseaux locaux WLAN (WIFI)
Réseaux personnels WPAN (Bluetooth)
Réseaux sans fil ad hoc (WSN)
Apparition des divers types d’objets communicants :
– Téléphones intelligents (Smartphone)
– Raspberry
– Assistants numériques personnels (PDA)
– Lecteurs MP3
– Capteurs divers
– Terminaux multimédia
– …..
RSF
Les réseaux sans fil
(Wireless Networks)
Réseaux
Réseaux Étendus
Réseaux Locaux sans
personnels Réseaux sans fil
sans fil
fil Métropolitains
Sans fil
WPAN WLAN WMAN WWAN
1m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km
Comparaison des technologies sans fil
Type du réseau WWAN WLAN WPAN (Wireless
(Wireless WAN) (Wireless LAN) Personal Area
Network)
Standard GSM/GPRS/UMTS IEEE 802.11 IEEE 802.15
/LTE (WiFi) (Bluetooth)
Débit 9,6/170/2000 Kb/s 1-2-11-54-100-1000 721 Kb/s
300 Mbit/s Mb/s
Fréquence 0,9/1,8/2,1 GHz 2,4 et 5 GHz 2,4 GHz
Infrarouge
Portée 35 Km 70 - 150 m 10 m
Équivalent à: Connexion téléf. LAN Câbles de
connexion
Lieux
publiques
Écoles et Domotique
universités
Organisation Industrie
à forte mobilité
Applications
des WLAN
Architecture de 802.11 - Wifi
LAN câblé
existant
DS
AP AP
ESS ESSID = SSID
STA STA STA STA
BSS
Réseau
(cellule)
d’infrastructure
BSSID : de 6 octets qui correspond à l'adresse MAC STA
STA STA
STA: Station
AP: Access Point
DS: Distribution System Réseau STA
BSS: Basic Service Set Ad Hoc IBSS
IBSS : Independent Basic Service Set
ESS: Extended Service Set
BSSID : BSS Identifier
ESSID (abrégé en SSID) : qui est constitué d'un mot de 32 caractères qui représente le nom du réseau.
Architecture de 802.11 - Wifi
WLAN avec Point d’accès (BSS)
A
R
La communication entre les stations
C est effectuée toujours à travers le
point d’accès qui agit comme un
H pont
PC PC portable
I 147.156.1.22/24 147.156.1.23/24
Point d’accès (AP)
T
E
C
PDA
T PC
147.156.1.21/24 147.156.1.24/24
U
R 147.156.1.1/24
E
PC portable Internet PC
147.156.1.20/24 147.156.1.25/24Topologie d’un ESS (Extended Service Set)
A
R Canal 1 Canal 6
C
H
I
T
E
Système de
C distribution (DS)
T
U
R
E
Le DS est le médium de communication entre les AP.
Internet Normalement c’est Ethernet, mais peut être un LAN qcqESS avec un DS sans câbles
A
Canal 1 Canal 1
R
C
H
I
T
E
C
T
U
R
E
Internet‘ad hoc’ ou IBSS (Independent Basic Service Set)
Pour permettre aux PC portables
PC portable
de sortir à Internet, ce PC agit en
tant que routeur 147.156.2.2/24
PC
147.156.2.1/24
Carte PCI
147.156.1.15/24 PC portable
147.156.2.3/24
Carte PCMCIA
Les trames se transmettent
Internet
directement de l’émetteur vers le
PC portable
récepteur
147.156.2.4/24Structure en couches
Station sans fil Station filaire
Application Application
TCP/UDP TCP/UDP
IP Point d’Accès IP
LLC LLC LLC
802.11 MAC 802.11 MAC 802.3 MAC 802.3 MAC
802.11 PHY 802.11 PHY 802.3 PHY 802.3 PHY
Le standard spécifie les couches PHY et MAC, mais offre une même interface aux
couches supérieures pour maintenir l’interopérabilité
802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring, 802.4 Token Bus, 802.15 WPANMAC : Medium Access control
Modes d’opération (MAC) DCF (Distributed Coordination Function). Comme celui du 802.3. Pas de contrôle centralisé. Toutes les stations ont une chance égale d’accéder au support. C’est le mode normal des réseaux adhocs. PCF (Point Coordination Function). L’AP contrôle toutes les transmissions. Utilisée seulement en mode infrastructure. Conçue pour les applications à contraintes temporelles (voix, vidéo).
MAC : Medium Access control
MAC Accés aléatoire (DCF)
1 - ALOHA
2 - CSMA/CA : Carrier Sence Multiple Access/ Collision Avoidance
MAC Structuré centralisé (PCF)
1- TDMA : Time Division Multiple Access
2- FDMA : Frequency Division Multiple Access
3- CDMA : Code Division Multiple Access.
4- SSMA : Spread Spectrum Multiple Access
5- FHMA : Frequency hopping Multiple Access
6- SDMA : Space Division Multiple AccessProtocolo MAC mode DCF En mode DCF (Distributed Coordination Function) Peut y avoir contention (collisions) Pour résoudre ce problème, on utilise une variante CSMA/CD appelée CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance) On ne peut pas utiliser CSMA/CD car l’émetteur de la radio une fois il commence à émettre, ne peut pas détecté s’il y a collions ou non.
Priorité
Priorité d’accès au canal est contrôlée à l’aide d’un
espace inter-frame
SIFS (Short Inter Frame Spacing)
Haute priorité : est utilisé pour séparer les transmissions appartenant a un même
dialogue (par exemple Fragment-ACK). C’est le plus petit écart entre deux trames et
il y a au plus une seule station autorisée a transmettre après cet intervalle
PIFS (Point Coordination IFS)
Moyenne priorité : est utilise par le Point d’accès pour obtenir l’accès au support
avant n’importe quelle autre station
DIFS (DCF IFS : Distributed Coordination Function Inter Frame Space)
Faible priorité : est l’intervalle utilise par une station voulant commencer une
nouvelle transmissionMéthode d’accès CSMA/CA
DIFS (50ms) SIFS (10ms)
Émetteur (A) Trame de données
Récepteur (B) ACK
DIFS
Deuxième émetteur (C)
Medium occupé Temps aléatoire
(écoute de la porteuse) (Slot time)
DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame Space
SIFS: Short Inter Frame SpaceMéthode d’accès CSMA/CA • A la fin de la transmission d’un paquet de données, le support redevient libre, et il est possible que deux stations démarrent un échange simultanément) •La norme IEEE802.11 a mis en place une temporisation aléatoire appelée contention ou backoff. •chaque station choisit un nombre aléatoire entre 0 et N et attend ce nombre de slots avant d’accéder au support. •le back off est exponentiel, c’est-à-dire qu’à chaque fois qu’une station entre en collision, le temps d’attente augmente exponentiellement. •l’algorithme de backoff exponentiel est exécuté quand une station veut émettre et que le support est occupé ou après chaque transmission ou retransmission réussie ce mécanisme n’est pas utilisé quand la station décide de transmettre un nouveau paquet et que le support a été libre pour un temps supérieur au DIFS. •la détection de collision est détecté par non-réception d’ACK.
exemple de transmission
exemple de CSMA/CA
Norme SIFS (μs) IEEE 802.11-1997 (FHSS) 28 IEEE 802.11-1997 (DSSS) 10 IEEE 802.11b 10 IEEE 802.11a 16 IEEE 802.11g 10 IEEE 802.11n (2.4 GHz) 10 IEEE 802.11n (5 GHz) 16 IEEE 802.11ac 16
Le DIFS peut être calculé de la manière suivante :
Standard DIFS (µs)
IEEE 802.11-1997 (FHSS) 128
IEEE 802.11-1997 (DSSS) 50
IEEE 802.11b 50
IEEE 802.11a 34
IEEE 802.11g 28 or 50
IEEE 802.11n (2.4 GHz) 28 or 50
IEEE 802.11n (5 GHz) 34
IEEE 802.11ac (5 GHz) 34Méthode d’accès FDMA Dans ce cas, la bande de fréquences du réseau est subdivisée en sous-canaux et chaque noeud n’a le droit d’émettre que sur un seul sous-canal qui lui est réservé. On notera que cette technique est très utilisée dans le domaine de la radio (où chaque chaîne de radio émet sur une bande de fréquences qui lui est réservée).
Méthode d’accès FDMA
1. La bande passante est divisé en sou-bandes (canaux)
2. Un canal supporte 1 seul utilisateur
3. Utilisé dans les systèmes 1G GSM (analogique)
4. Si un canal FDMA n’est pas utilisé par son utilisateur assigné, il reste idle = perte
de ressources.Méthode d’accès FDMA
Méthode d’accès TDMA TDMA consiste à diviser le temps, par exemple chaque seconde, en petits intervalles (slots), et à attribuer un intervalle de temps donné à chaque canal. Le standard de téléphone GSM est fondé sur ce type de multiplexage.
Méthode d’accès TDMA • Le time division multiple access (TDMA) ou accès multiple à répartition dans le temps, est une technique de contrôle d'accès au support permettant de transmettre plusieurs flux de trafic sur un seul canal ou une seule bande de fréquence. •Il utilise une division temporelle de la bande passante, dont le principe est de répartir le temps disponible entre les différents utilisateurs. Par ce moyen, une fréquence (porteuse) ou une longueur d'onde peut être allouée, à tour de rôle (quasi simultanément), à plusieurs abonnés.
Méthode d’accès TDMA •Cette technologie est par exemple utilisée dans la norme GSM, où chaque porteuse (canal physique) supporte 8 intervalles de temps (time slot) attribués à 8 communications simultanées (trame). •Un inconvénient de cette technique est qu'il faut transmettre une synchronisation (horloge) qui soit la meilleure possible pour que chaque utilisateur puisse récupérer ses données reçues et émettre sans interférer avec les autres abonnés.
Méthode d’accès TDMA On parle de TDMA synchrone et de TDMA dynamique. L’inconvénient majeur du TDMA synchrone est que lorsqu’un nœud n’a pas de données à émettre le support reste libre, même si d’autres nœuds ont beaucoup de trames à transmettre. On notera que cette technique est utilisée dans le domaine de la téléphonie. Le TDMA dynamique améliore l’utilisation de la bande passante en fixant de manière dynamique la durée d’utilisation du médium par chaque station. La signalisation (gestion des demandes, notification à chaque station de la durée quelle peut utiliser) rend ce TDMA plus complexe à mettre en oeuvre.
Frame TDMA •Préambule : Informations sur les adresses et la synchronisation du BTS et des abonnées. •Guard time : Pour la synchronisation des abonnées entre différents slots pour éviter les cross-talk.
Frame TDMA
Méthode d’accès TDMA
TDMA Avantages : 1. Une seule fréquence porteuse pour tous les utilisateurs 2. plusieurs slots peuvent être alloués à la demande 3. Le control des puissances moins strict grâce a l’interférence diminuée Inconvénients : 1. Grand overhead (la taille des données de service) 2. L’égalisation est nécessaire pour les débits élevés 3. Complexité d’allocation des slots 4. La puissance émise non-constante alors l’interférence avec les autres terminaux
Méthode d’accès CDMA 1. C’est l’une des techniques d’accès utilisées dans le domaine des réseaux sans fil. 2. Principe : l’accès multiple sécurisé des communications au niveau physique 3. basée sur la répartition par codes qui permet à plusieurs sources d’émettre sur les mêmes fréquences 4. Chaque utilisateur est différencié du reste des utilisateurs par un code C qui lui a été alloué au début de sa communication. 5. Chaque code est représenté sur k éléments 6. chaque bit à transmettre, CDMA crée une séquence de k bits obtenu à partir de la valeur du bit initial et du code. 7. seul celui qui connaît le code de la source est capable de retrouver la chaîne de bits initiale
Méthode d’accès CDMA Exemple Une source A utilise un code égal à . • Pour transmettre un bit 1, elle transmet six bits • Pour transmettre un bit 0, elle transmet six bits . A la réception • Lorsque les signaux arrivent en provenance de plusieurs sources qui transmettent simultanément, • ces signaux s’additionnent chez le récepteur. •Le récepteur calcule la corrélation du signal avec le code de l’émetteur, •ce qui permet de retrouver les bits du message
Méthode d’accès CDMA Exemple: 1. On considère deux sources SA et SB qui transmettent en même temps. 2. La source SA transmet le message A ayant pour information la chaîne binaire ‘100’ mais codée par la séquence où un bit initial à 1 est remplacé par un élément à 1 dans la séquence et un bit initial à 0 est remplacé par -1. 3. La source SB transmet le message B ayant pour information la chaîne binaire ‘001’ mais codée par la séquence avec la même règle que pour le message A.
Méthode d’accès CDMA
- La source SA utilise comme code la séquence CA= .
- La source SB utilise comme code la séquence CB= .
- Le message A est multiplié par le code CA : A*CA= {, , }.
- Le message B est multiplié par le code CB : B*CB= {, , }.
- Les séquences transmise simultanément, les deux séquences A*CA et B*CB, sont additionnées
A*CA+ B*CB= {, ,
- A la réception, le destinataire du message A (et qui connaît le code CA) multiplie la séquence
reçue par le code CA.
- On a: (A*CA+ B*CB)*CA= {, , }.
- On prend la moyenne des signaux reçus (0+0+2+2)/4 = 1, (-2-2+0+0)/4 = -1, (0+0-2-2)/4 = -1.
- Ce qui permet de retrouver la séquence et ensuite la chaîne initiale ‘100’.Méthode d’accès CDMA
dynamique
-A la réception, le destinataire du message B (et qui connaît le code CB) multiplie la séquence
reçue par le code CB.
-On a: (A*CA+ B*CB)*CB= {, , }.
- On prend la moyenne des signaux reçus /4=-1, /4=-1, /4=1
- Avec la même procédure de calcul on trouve le message codé
- on retrouve la chaîne ‘001’.Problème du terminal exposé IEEE 802.11 RTS/CTS mechanism helps to solve this problem. When a node hears an RTS from a neighboring node, but not the corresponding CTS, that node can deduce that it is an exposed node and is permitted to transmit to other neighboring nodes
Problème du terminal caché
Hidden node problem
A C
B
A and C are hiden
The problem coccurs when nodes A and C start to send packets simultaneously to the access
point B. Because the nodes A and C are out of range of each other and so cannot detect a
collision while transmitting, Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD)
does not work, and collisions occur, which then corrupt the data received by the access point.
To overcome the hidden node problem, RTS/CTS handshaking (IEEE 802.11 RTS/CTS) is
implemented in conjunction with the Carrier sense multiple access with collision avoidance
(CSMA/CA) scheme.Solution au problème du terminal caché
1: RTS: je veux envoyer à B 2: CTS: OK A, envoie la 3: Attendre jusqu’à
une trame de 500 octets trame 500 octets l’envoi de 500 octets
A B C
RTS CTS CTS
Tr.
4
1: Avant de transmettre la trame, A envoie 2: B répond au RTS avec un 3. C ne capte pas RTS, mais le CTS. Il sait
un message RTS (Request To Send) CTS (Clear To Send) qu’il ne doit pas transmettre durant le
temps équivalent à 500 octets.
4. A envoie sa trame sans provoquer
une collision avec d’autres stationsStandards
WIFI (802.11a/b/g/…)
802.11a (1999) (WIFI5): 6 à 54 Mbps dans une bande de 5 Ghz
802.11b (1999) (WIFI, Wireless Fidelity): 5,5 et 11 Mbps (2,4 Ghz)
802.11g (2001): 54 Mbps (2,4 Ghz)
802.11n (2006) (MIMO) : 160 Mbps (2,4 et 5 Ghz)
802.11e: amélioration QoS dans la sous couche MAC
802.11i: amélioration de la sécurité dans la sous couche MAC
Évolution des standards WLAN
Wlan
x5,5 x4,9 x4,6
2 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 250 Mbps
1ere Génération 2eme Génération 3eme Génération 4eme Génération
Débit x par 5Limites
> Problèmes physiques liés à l’utilisation du
média Radio
Portée limitée
Obstacles et interférences
Signal accessible à tous (sécurité)
> Manque de contrôle de QoS (données, voix,
vidéo)Futur Amélioration du débit (>=1000 Mbps) Sécurité Concept de réseau hétérogène Nouveaux services W-Internet ou Internet sans fil
Réseaux Adhocs MANET (Mobile Adhoc Networks) WSN (Wireless Sensor Networks) WSAN (Wireless Sensor & Actor Networks) WMSN (Wireless Multimedia Sensor Networks) BSN (Body Sensor Networks) VANET (Vehicular Adhoc Networks) WMN (Wireless Mesh Networks)
MANET (Mobile Adhoc Networks) (I)
Caractéristiques
S
Sans infrastructure
Changement de topologie
d BP limitée
Contraintes énergétiques
Sécurité limitée
Micro Portable Fourniture de QoS (difficile)
PDA
Portable
Etc…MANET (Mobile Adhoc Networks) (II)
Protocoles
Physique et MAC
IEEE 802.11 standard (CSMA-CA)
Routage
Proactifs (OLSR [RFC 3626], DSDV): établissement de routes à l’avance
Réactifs (DSR [RFC 4728], AODV [RFC 3561]) : recherche des routes à la demande
Hybrides (ZRP)
TCP/IP
OLSR: Optimized Link State Routing Couches supérieures
DSDV: Destination Sequenced Distance Vector
DSR: Dynamic Source Routing
AODV: Adhoc On Demand Distance Vector
ZRP: Zone Routing ProtocolPrésentation des RSCSF
Exemples de noeuds de capteur
UC Berkeley: COTS Dust
UC Berkeley: Smart Dust
UC Berkeley: COTS Dust
UCLA: WINS Rockwell: WINS JPL: Sensor WebsMICA 2 dot
MICA Z
MICA 2Tmote Sky
Présentation des RCSF (2)
Architecture d’un RCSF
Espace de collecte
Station de base Noeud d’agrégation/
(SINK) Correlation
Liaison Radio
Lien avec BP élevée
Noeud capteur
Opérateur
(User)
éseau de distribution des données
Réseau d’acquisition des donnéesPrésentation des RCSF (3)
Communication sans fil
Transmission directe des données au SINKPrésentation des RCSF (4)
Communication sans fil
Transmission Multi sauts des données au SINKPrésentation des RCSF (6)
Taxonomie des modèles de données
Modèle de collection des données
Continu
Périodique
Réactive (événement, requête)
Temps réel
Hybride
Modèle de dialogue
Polling
à la demande (requêtes)Santé
Environnement Domotique
Militaire Industrie
Applications
des RCSFApplications (1) Domaine militaire (champs de bataille)
Applications (2)
Environnement
Étude de la pollution,
Contrôle et monitoring : Pétrole et gaz, Électricité
Recherche météorologique et géophysique,
Détection de feu de forêt;
Contrôle de l'environnement dans la marine, sol et contextes
atmosphériques;
Détection biologique et chimique,
Précision en agriculture,
Exploration planétaire,
Mouvement des oiseaux, animaux minuscules et des insectes, ….Applications (3) Exemple 1 – Environnement Déploiement de capteurs(avion, missile, robot, homme, ..)
Applications (4)
Exemple 2 - Environnement (sous l’eau)
E. Cayirci et al. (2004) I.F. Akyildiz et al. (2005)
Système de surveillance sous l’eau
Réseau de capteurs sans fil
Système de surveillance sous l’eau
Noeud = Equip. de surface + capteur
qui lui est attaché Réseau de capteurs acoustiques sans fil
Capteur Passerelle Passerelle
acoustique Sous marine de surfaceApplications (5)
Santé
Surveillance et diagnostique d’un patient sur le terrain;
Télésurveillance des données physiologiques d’un être humain, « Health Smart Home » - Grenoble;
Localisation d’un docteur au sein de l’hôpital; aide à la bonne prescription de médicaments, …
Biocapteur
RF
BS
Backbone
NetworkApplications (6)
Domotique
Convenient Telemedicine Watching
Telemetry Safe
Maison individuelle et collective
Cyber Education
Personal
Information
Environnement intelligent
Satellite Network (centré vers l’être humain ouManagement
vers
la technologie) Home Network
Terrestrial Broadcasting
e-Government Network
Anyone
Broadcasting
Cable Network
Network
Anydevice
Home Banking
Anytime
Remote Home
Mobile High-speed Appliance Control
Home Shopping
Interactive DTV Anywhere
Network Network
Anymedia
Networked Game Energy Management
Happy Anyservice EconomicArchitecture protocolaire (1)
Pile de protocoles
Communication
Plan de gestion des tâches
Plan de gestion de la mobilité
Codage, collecte,
Application
Plan de gestion de l’énergie
agrégation,compression ...
Contrôle de flux, retransmission Transport
Routage, Découverte du voisin,
allocation de ressources, …
Réseau
Liaison de Données
Méthode d’accès au canal, contrôle de
puissance, retransmission, …
MAC
Modulation, contrôle de puissance,
codage, Filtrage, circuits RF, A/D, Physique
D/A, …Architecture protocolaire (2)
COUCHE PROTOCOLES
Transport PFSQ, ESRT, RMST
Réseau DD, SPIN, SAR, STORM, PROC, Tiny Beaconing,
LEACH, LEACH-C, TEEN, PEGASIS, ICA, GEO
MOTE, GEAR, GPSR, …
LD Statique (FDMA, TDMA, CDMA, SDMA, OFDM)
MAC Dynamique (S-MAC, ARC, T-MAC, B-MAC, DE-
MAC, TRAMA, …)
Physique RF, IR, Optique, …Architecture protocolaire (3)
Différentes technologies (niveau physique)
IR RF 433 802.11 802.15.1 WirelessUSB 802.15.4 UWB
868/915
800-900 nm
433 MHz 868-902 MHz,
Fréquence (ondes 2.4/5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 3.1-10.6 GHz
868/915 MHz 2.4GHz
nanométriques)
Débit des
20k-16Mbps 0.3kbps 11-54 Mbps 1 Mbps 62.5 kbps 20-250 kbps 100-500 Gbps
Données
Porté 1-9m 10m 50-100m 10m ~ 50m 10-100mArchitecture protocolaire (5)
Applications Consommation d’énergie
(Capture, traitements)
Transport
Défis
Réseau Conception de protocoles
Consommation d’énergie
et d’algorithmes qui
Liaison de données (Communication)
préservent l’énergie électrique
MAC
PhysiqueArchitecture protocolaire (6)
Concept de Clustering
Sink
C’
Cluster
B’ D’
Hop
Radio 2
B
Radio 1
Cluster
C D
Coordinateur(Cluster head)
Membre (Cluster Member)
Objet surveilléProblématique de la consommation d’énergie (1)
Modèle de consommation d’énergie
Modèle Radio
Modèle CPU
Modèle de
Modèle Capteur #1
Batterie
Modèle Capteur #2
Modèle Radio: consommation d’ énergie électrique est plus importanteProblématique de la consommation d’énergie (2)
Consommation de l’énergie électrique (nœud capteur)
20
RADIO
15
Puissance (mW)
10
5
Capture CPU TX RX Inactif Mise en
(IDLE) Veille
(SLEEP)
eTX ≈ eRX ≈ eIDLE >> eSLEEPProblématique de la consommation d’énergie (3)
ACTIF
INACTIF Arrivée du trafic ou
Données locales produites
Mise en
Émission
veille
Après Ts Après Tl OU
Écoute Réception
Fin de Transmission
Diagramme de transition d’état du modèle du nœud capteurProblématique de la consommation d’énergie (3)
Modèle d’énergie d’ordre 1
Émission Réception
Paquet de Paquet de
K bits Module de Module d Module de K bits
Transmission d’amplification Réception
eelec * k εamp * k * d2 eelec * k
eTx(k,d)=eelec∗k + εamp∗k∗d2 eRx(k,d)=eelec∗k
Opération Énergie dissipée
eTx-elec
50 nJ/bit
eRx-elec
εamp 100 pJ/bit/m2Problématique de la consommation d’énergie (4)
Nœud capteur
Énergie électrique limitée (impossible de remplacer ou de recharger les batteries )
Conservation de l’énergie électrique
devient une métrique de performance
du réseau
Minimiser la consommation de l’énergie
électrique à tous les niveaux de la pile
protocolaireProblématique de la consommation d’énergie (5)
Objectif
Couverture
ConnectivitéProblématique de la consommation d’énergie (7) Conservation de l’énergie Niveau Liaison & Réseau Contrôle de puissance de transmission MAC Contrôle de topologie (redondance physique) Routage
Problématique de la consommation d’énergie (8) Contrôle de puissance de transmission
Implémentation pratique (3)
TinyOS
Event driven OS
Projet Open source (Université de Berkeley) http://ww.tinyos.net
Langage dédié : NesC
http://berkeley.intel-research.net/dgay/nesc
Expérience nécessaire pour développer des logiciels pour capteurs
Autres projets:
Contiki [Sweden] freeBSD base OS
http://www.sics.se/contiki
Java Lin The small [univ. LILLE] Java OS
FreeRTOS: is portable, open source, mini Real Kernel
http://www.freertos.orgImplémentation pratique (4)
Outils de Simulation
NS-2 (C++ , TCL)
OMNet++ [C.Mallanda et al. 2005] basée sur la simulation
évenmentielle
Sensor Sim – Extension de NS-2
http://nesl.ee.ucla.edu/projects/sensorsim
Opnet
GloMoSim (Global MObile Information Systems SIMulator)
C et ParsecTravaux en cours – Encadrement Techniques d’optimisation de la consommation d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil Approches de délivrance à efficacité énergétique des données collectées dans les réseaux de capteurs sans fil. Techniques de redondance pour maximiser le temps de vie d’un réseau de capteurs sans fil
Conclusion
En général
Miniaturisation de point de vue Hard
Diversité de services
Sur les RCSF
Domaine nouveau
Approche de validation des idées par simulation a ses limites, d’Où
il faut établir:
Un cadre théorique pertinent pour formaliser le domaine
Un cadre expérimental pertinent pour valider et raffiner les
protocoles.Perspectives : Travaux futurs
Application à l’industrie pétrolière
Surveillance des installations pétrolières (Pipelines, raffinerie) en vue de
prévenir les catastrophes (EX. SKIKDA)
Surveillance des endroits de forage dans l’industrie pétrolière au SAHARA
(source d’énergie solaire)
Application au “SMART Cities”
Favoriser l’approche interrogative dans le processus d’innovation des
services dans un environnement intelligent plutôt que l’approche
dirigée et basée sur la navigation.
Gestion d’un parking de stationnement de voitures (1 niveau, Plusieurs niveaux)Vous pouvez aussi lire
