Transcript CAPTEURS 2013 - Université des Sciences et de la

Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Faculté d’Electronique et Informatique / Département d’Informatique
Thème
Les Réseaux De
Capteurs
Cours Technologies réseaux
Licence GTR 3 ème année
-Meldjem Sara 201100002799
- Khalfi Chahinez 201100001304
- Merabtine EL-Nour-Houda 201100006688
- Hadj Rabah Karima 201100001803
16/11/2013
2
SOMMAIRE
- Introduction
 - Généralités sur les réseaux de capteurs
 - Les protocoles de routage
 - Les principales classes de protocole
 - Le protocole LEACH

16/11/2013
3
Introduction


16/11/2013
Les progrès réalisés lors de ces dernières décennies
dans le domaine de la technologie de communication
sans fil, ont permis de produire avec un coût raisonnable
des composants de quelques millimètres cubes de
volume appelés micro-capteurs.
Les réseaux de capteurs sans fil sont composés d’un
nombre potentiellement très grand de capteurs en vue
de collecter et transmettre des données vers un ou
plusieurs points de collecte.
4
Architecture et composants d’un capteur
Sans fil
16/11/2013
5
Architecture d’un réseau de
capteurs sans fils
16/11/2013
6
Applications des réseaux de
capteurs






16/11/2013
Les réseaux de capteurs peuvent se révéler très utiles
dans de nombreuses applications lorsqu'il s'agit de
collecter et de traiter des informations provenant de
l'environnement. Parmi ces domaines nous citons les :
Applications militaires
Applications à la sécurité
Applications environnementales
Applications médicales
Applications commerciales
7
Caractéristiques des RCSF





16/11/2013
il y a en général une forte densité des nœuds capteurs.
il n’est pas possible de contrôler le bon fonctionnement
de chaque nœud capteur.
La topologie du RCSF change fréquemment.
Les ressources des nœuds capteurs en termes
d’énergie électrique, de puissance de calcul et de
capacité de stockage sont très limitées.
Les nœuds capteurs n’ont pas en général d’identifiant
global à cause de leur nombre trop grand dans le RCSF
8
Contraintes de conception
des RCSF
La tolérance aux pannes
 Les coûts de production
 La topologie du réseau
 L’environnement de déploiement
 La consommation d’énergie

16/11/2013
9
Les protocoles de routage dans les RCSF

Le routage consiste à trouver un chemin pour envoyer le message de la source
à la destination.
Inondation:
 Principe: envoyer un message à tout le réseau.
 Problème: chaque nœud du réseau reçois le message
plusieurs fois de différents voisins
 Solution: chaque nœud doit renvoyer qu’une seule fois le
message:
 chaque message a un identifiant unique .
 Si les nœuds reçoivent à nouveau un message avec cet
identifiant, ils ne le renvoient pas .
1.
16/11/2013
10
Les protocoles de routage dans les RCSF



16/11/2013
2. Gossiping:
Dérivé de l’inondation.
Le nœud capteur transmet le message à un seul voisin
sélectionné aléatoirement.
Elle prend beaucoup plus de temps.
11
Les protocoles de routage dans les RCSF
3. SPIN(Protocoles de capteur pour l’information par négociation ):

16/11/2013
Ce protocole se base sur le mécanisme de publicité de
données.
Fonctionnement de SPIN
12
Les protocoles de routage dans les RCSF
4. GAF(Geographic Adaptive Fidelity):



16/11/2013
découpe le réseau sur plusieurs zones virtuelles.
Dans chaque zone, on nomme un nœud «maitre » qui va
gérer le routage tandis que les autre nœuds sont misent en
mode sommeil.
Plus le nombre de nœuds inactifs augmente, plus la durée
du vie du réseau augmente.
13
Les protocoles de routage dans les RCSF
5. LEACH(Low Energy Adaptive Clustering
Hierarchy):

Minimiser la consommation énergétique des élément du
réseau.

16/11/2013
on va détailler ce protocole par la suite.
14
Les protocoles de routage dans les RCSF
6. PEGASIS(Power-Efficient Gathering in
Sensor Information Systems):
 Principe: chaque nœud ne peut communiquer qu’avec le
nœud le plus proche de lui.
 Ce processus est organiser en rounds pour communiquer
avec le puits ( Sink ).
16/11/2013
15
Classes de protocoles de routage
Les principaux classes de protocoles de routage dans les RC
Structure de réseau
Protocoles de routage
Plat
Protocoles de routage
hiérarchique
Protocoles de routage
graphique
SPIN, Diffusion directe…
LEACH, MECN…
GAF, GEAR...
16/11/2013
16
Classes de protocoles
1. Routage Plat:
Nombre important des nœuds capteurs.
 impossible d’attribuer des identificateurs globaux
à chaque nœud.
 Routage Data-Centric (Plat):
o Le puits envoie des requêtes à certaines régions.
o Il attend de recevoir des données à partir des
nœuds capteurs situés dans ces régions.

Puisque des données sont demandées par les biais
des requêtes, la désignation des attributs est
nécessaire pour indiquer les propriétés de ces
données.

Exemples du routage Plat: SPIN,DD…
16/11/2013
Le routage Data-Centric
17
Classes de protocoles
2. Routage hiérarchique :
 l’approche la plus favorable en terme d’efficacité énergétique.
 se base sur le concept (nœud standard-nœud maitre):
 les nœuds standard acheminent leur message à leur maitre;
Le maitre les acheminent ensuite dans le réseau tout entier via d’autre
nœuds maitres jusqu’au Sink.
 le point le plus fort de ce type de protocole: l’agrégation
est la fusion de données afin de diminuer le nombre de
messages transmis au sink.
 meilleure économie d’énergie.
Routage hiérarchique
16/11/2013
18
Classes de protocoles
3. Routage géographique :
 basé sur la localisation.
 l'information sur la localisation des nœuds est
nécessaire afin de calculer la distance entre deux
nœuds particuliers.
 il n’exige pas de tables de routage .
 il transmet en mode glouton (greedy).
 L’économie en énergie augmente ainsi en fonction
du nombre de nœuds en état de veille dans le réseau.
16/11/2013
19
Le protocole LEACH





16/11/2013
Le plus populaire des protocoles de routage hiérarchique.
basé sur le clustering adaptatif.
La formation des clusters se base sur l’intensité du signal
radio reçu.
Chaque nœud décide s’il sera CH en calculant
aléatoirement P et en la comparant à T
en formant des CHs le nombre de nœuds qui
communiquent avec le puits se réduit.
20
Le protocole LEACH
Description de l’algorithme:
 chaque CH alloue une durée à un voisinage pour établir un

lien de communication.
le CH est employé comme routeur vers le puits.
le nombre optimal de CHs est de 5%
la fusion et l’agrégation sont locaux aux clusters.
LEACH :
 Utilise la notion de cycles.
 utilise un routage à saut unique.
 Non applicable aux réseaux déployés sur une grande
surface.

le CH est élu périodiquement en fonction de l’énergie.



16/11/2013
21
Le protocole LEACH
Opérations de l’étape
d’initialisation
16/11/2013
22
Le protocole LEACH
Routage hiérarchique basé sur le clustering.
16/11/2013
23
Le protocole LEACH
Durée de vie :

Elle est faible à cause de:
 les nœuds s’épuisent plus rapidement vue la distance
CHs-puits et CHs-nœuds membre .
 La phase de formation de clusters induisent un nombre
important de message de control à chaque round.
16/11/2013
24
Le protocole LEACH
La durée de vie du réseau au niveau de LEACH.
16/11/2013
25
Le protocole LEACH
Contraintes :




16/11/2013
La communication directe avec le puits exige une
consommation d’énergie importante des nœuds lointain.
Les CHs sont les maillons les plus faible car l’agrégation
de données est centré à leur niveau.
La rotation du rôle de CHs permet d’équilibrer la
consommation d’énergie mais ça nécessite des phase
d’initialisation.
La distribution des CHs n’est pas homogène.
26
Conclusion :
Les réseaux de capteurs sans fil sont une réalité
fonctionnelle et sont voués à se développer rapidement du
fait de la grande variété des domaines d’applications.
Evidemment, le caractère très discret des capteurs peut
poser des problèmes de santé (car ça ajoute encore des ondes
à celles déjà existantes) mais aussi des problèmes d’éthique,
de sécurité ou de violation de la vie privée.
16/11/2013
27