reseau de capteur

7/21/2019 reseau de capteur

http://slidepdf.com/reader/full/reseau-de-capteur 1/10

Chapitre 1 : les réseaux de capteurs

sans fl

1. Introduction

Ces dernières années ont été marquées par un développement très

rapide des techniques de réseaux sans fl. Des réseaux pour téléphones

mobiles aux réseaux locaux sans fl et aux réseaux ad-hoc [1], la

recherche auourd!hui s!est beaucoup "ocalisée sur les réseaux de

capteurs sans fl #$C%&', (ireless %ensor )et*or+ #(%)'. Dans ce

chapitre on va s!intéresser a décrire le réseau de capteur par

défnition, architecture, les composants, les topoloies et les domaines

d!applications.

2. Défnition des réseaux de capteurs

Ce tpe de réseau compose d!un rand nombre n/uds micro-capteurséparpillés aléatoirement 0 travers une one éoraphique qui défnit le

terrain d!intér2t pour le phénomène capté, et qui communiquent entre

eux et avec les autres réseaux. 3!utilisateur ère une connexion *if

basée sur les réseaux ad-hoc.

3. Composants d’un réseau de capteursLe réseau de capteurs est formé par un rand nombre de micro-capteurs

capables de récolter et de transmettre des données environnementales

d4une manière autonome appelée n/uds. 5ls sont dispersés

aléatoirement 0 travers une one éoraphique, appelée champ de

captae. 3es données captées sont acheminées 0 un n/ud considéré

comme un 6point de collecte6, appelé n/ud puits #ou sin+'. Ce dernier

peut 2tre connecté 0 l4utilisateur du réseau via 5nternet ou un satellite.

7insi, l4usaer peut adresser des requ2tes aux autres n/uds du réseau

précisant les tpes des données requises et récolter les données

environnementales captées par le biais du n/ud puits [8].



&iure 1 exemple d!un réseau de capteurs

4. Architecture physiue d’un capteur%uivant le tpe d!application, il existe une "oultitude de capteurs les

capteurs de pression, de température, d!humidité, luminosité etc. 9n

capteur est composé principalement d!une unité de captae,

traitement, communication, et énerie.Des composants additionnels peuvent 2tre aoutés selon le domaine

d!application énérateur d!énerie, mobilisateur, sstème de

localisation.

&iure8 l!architecture d!un capteur [:]

4.1. !nité de capta"e #$%ensin" unit’& la "onction de l!unité decaptae est de capturer ou mesurer les données 0 partir de l!obet



cible. 5l est composé de deux sous-unités un dispositi" de capture qui

prélève d!in"ormations de l!environnement local et un Convertisseur

7naloique ; )umérique appelé 7DC #7nalo <o Diital Converters'

convertit les sinaux analoiques en sinaux numériques et les

transmet 0 l!unité de traitement. [=] 4.2. !nité de traitement #$'rocessin" unit’& est composée d!un

processeur et d!une mémoire intérant un sstème d!exploitation

#<inos, >antis?%, $@<?%'. 5l doit exécuter des prorammes et des

protocoles de commutation diAérents oB elles sont stoc+ées dans la

mémoire[]. 3es tpes de processeurs qui peuvent 2tre utilisés dans un

capteur incluent le microcontrleur, les D%E #Diital %inal Erocessors',

les &EF7 #&ield Erorammable Fate 7rra' et les 7%5C #Diital %pecifc

5nterrated Circuit'.4.3. !nité de communication #$(rascei)er unit’& unité responsable

de toutes les émissions et réceptions de données via support de

communication radio relie le n/ud au réseau.4.4. !nité d’éner"ie #$'o*er unit’& c!est la batterie qui ni

rechareable ni remplaGable .3a capacité d!énerie limitée au niveau

des capteurs représente la contrainte principale lors de conceptions de

protocoles pour les réseaux de capteurs, il est impossible de recharer

ou chaner une batterie [:] .Eour cela la consommation d!énerie est

primordial pour aumenter la durée de vie du réseau.

+. Architecture protocolaire3a pile protocolaire du $C%& est composée par cinq couches qui ont

les m2mes "onctions que les couches du modèle ?%5 utilisées par

les n/uds du réseau .cette pile possède aussi trois niveaux. #&iure

='.



&iure = 3a pile protocolaire dans les réseaux de capteurs

+.1. Couche Application : Cette couche confrme l!inter"ace avec les applications et érée

directement par les loiciels. 3es protocoles d!application sont

<7D7E #<as+ 7ssinement and Data 7dvertisement Erotocol' et %>E

#%ensor >anaement Erotocol', etc.+.2. Couche (ransport :

@lle "ournit un service bout 0 bout et évitait la surchare du

récepteur ou de réseau par le contrle du Hux et le transport des

données et leur découpae en paquets. Cette couche est évitée

l!acheminement des données et la qualité de transmission et assure

la conservation l!ordre de ces paquets.Earmi les protocoles de transport nous citons le protocole <CE

#<ransmission Control Erotocol' et le protocole 9DE-3i+e #9ser

Dataram Erotocol 3i+e'.+.3. Couche ,éseau :

3e but de cette couche est de trouver le chemin et une transmission

fable des données et sélectionne le délai de transmission et le

débit. @t l!établissement des routes entre les n/uds capteurs. Ce

routae divere celui les autres réseaux de transmission par les

caractéristiques suivantes 3!absence d!adressae fxe des n/uds tout en utilisant un

adressae basé-attribut. 3!établissement des communications multi-sauts. 3!établissement des routes plusieurs sources en une seule

destination pour aréer les données similaires. [I]



3a raison de ces diAérences c!est la nouveauté des alorithmes

pour éviter les problèmes de routae dans les réseaux de

capteurs.Earmi les protocoles de couche réseau nous citons 3@7CJ

#3o*-@ner 7daptive Clusterin Jierarch' et %7$ #%equential

7ssinement $outin'.[I]

+.4. Couche liaison de données :3a couche liaison de données est divisée en deux sous-couches la

sous-couche 33C son rle est de multiplexer les données et contrler

les erreurs et la sous-couche >7C oranise tous les accès au canal

radiophsique.Cette couche doit arantir une "aible consommation d!énerie et

minimiser les collisions entre les données diAusées par les n/udsvoisins. Earmi les protocoles de couche liaison de données, nous citons le

protocole %>7C% # %el"-oraniin >edium 7ccess Control "or %ensor

net*or+' et @7$#@avesdrop 7nd $eister'.+.+. Couche physiue :

@lle responsable de moduler;démoduler les données et les

acheminer dans les medias phsiques et de détecter les sinaux et

le crptae;décrptae les in"ormations.3a consommation d!énerie au niveau de la couche phsique est

aAectée par l!environnement de l!application par le choix de la

bande "réquence.+.-. e plan de "estion d’éner"ie :

Cette couche ère la consommation d!énerie selon le mode de

"onctionnement emploé #capture, mesure,..'. @lle contrle la

manière d!utiliser l!énerie par le n/ud de capteur.7près la réception d!un messae, le capteur éteint son récepteur

afn d!éviter la duplication des messaes reGus, si le niveau

d!énerie devient bas, le n/ud diAusé 0 ses voisins une alerte qu!il

ne peut pas participer au routae.+./. e plan de "estion de mo0ilité :

5l détecte et enreistre les mouvements des n/uds capteurs st

indique leurs positions. Chaque n/ud peut connaitre les n/uds qui

lui sont voisins, la couche de estion de mobilité peut chane la

position des n/uds.+.. e plan de "estion des tches :



3a couche de estion des tKches assure l!ordonnancement les

événements captés et l!équilibrae et la distribution et la détection

des tKches dans une one de capture sur les n/uds du réseau. @lle

confrme l!eLcacité de la consommation d!énerie la prolonation

de la durée de vie du réseau. [M]

-. es domaines d’applications-.1. Applications militaires :

3e domaine militaire a été le moteur initial pour le développement

des réseaux de capteurs. Ce réseau caractérise par le "aible coNt,

le déploiement rapide, la tolérance des pannes et l!auto-oranisation

pour obtenir l!eLcacité pour les applications militaires. 3es réseaux

capteur utilisent dans les champs de bataille et protéer les villes

contre les attaques #les menaces terroristes', les avions de combat,

les missiles.

O

&iure un service militaire utilisant $C%&s

-.2. Applications médicaux : 3es réseaux de capteurs sont plus en plus utilisables dans le

domaine médical. 5ls incluent les applications comme "acilitant

ainsi le dianostic de certaines maladies, surveiller en permanence

les malades et les médecins, "ournir des inter"aces d!aide pour les

handicapés.-.3. Application a la sécurité :

3es réseaux de capteurs peuvent 2tre utilisés dans plusieurs

applications de sécurité et de surveillance comme les capteurs



utilisant dans les aéroports, les métros, les immeubles, les centrales

nucléaires et les centres de communications.

-.4. Applications d’en)ironnements :3es réseaux de capteurs peuvent contrler plusieurs paramètres

d!environnement pour des applications. Ear exemple, la surveillance

des risques bioloiques et chimiques.les thermo-capteurs dans les

"or2ts pour détecter les "eux ou les inondations. 3es capteurs

chimiques dans les urbains pour détecter les pollutions d!air.-.+. Applications commerciales :

3es capteurs peuvent interair entre eux avec un réseau externe via

l!internet pour permettre 0 l!utilisateur de contrler les appareilsdomestiques 0 distance.3e déploiement des capteurs de mouvement et de température pour

automatiser plusieurs opérations domestiques comme la lumière

s!éteint lorsque la chambre devient vide ainsi que le chauAae et la

climatisation.

/. es acteurs et contraintes des ,C%s3es principales contraintes et "acteurs inHuenGant l!architecture

réseaux de capteurs sans fl par des paramètres. Earmi lesquelsnous citons la tolérance de panne, le coNt de production, la

topoloie du réseau, l!environnement, la consommation d!énerie,

les contraintes matérielles./.1. a tolérance aux pannes :

@n cas de dé"aillance ou blocae des n/uds dans un réseau de

capteurs peuvent énérer par plusieurs causes, notamment la perte

d!énerie, dommae phsique ou les inHuences liées 0

l!environnement .la tolérance de panne sont la capacité de

maintenir, les "onctionnalités du réseau sans interruption dues 0 des

erreurs intervenues sur plusieurs capteurs./.2. e co5t de production :

3es réseaux de capteurs sans fl sont composés des nombres de

n/uds, le coNt de production d!un seul capteur est très important

pour l!évaluation de out lobal de réseau. D!ailleurs le coNt de

production d!un n/ud ne dépasse pas 1 P.

/.3. a topolo"ie du réseau :



3!utilisation d!un rand nombre de n/uds exie d!une maintenance

de la topoloie qui réalise trois phases le déploiement, le post-

déploiement #les capteurs ne plus "onctionnent, chanement de

position des n/uds' et le redéploiement.

/.4. ’en)ironnement :3es capteurs sont utilisés dans des diAérents environnements tels

que les "or2ts, les champs de bataille, les réions éoraphiques

éloinées par conséquent les eAets des champs chimiques sur les

"onctionnements des réseaux de capteurs./.+. a consommation d’éner"ie :

3a durée de vie d!un capteur est limitée due la capacité de batterie

#Q 1.8 R', elle ni rechareable ni remplaGable. Eour minimiser la

consommation d!énerie pour les n/uds réalisée 0 diminuer les

"réquences et la durée de capteurs./.-. es contraintes matérielles

3a taille du capteur est la principale contrainte dans les réseaux de

capteurs par la sur"ace de quelque centimètre cube #1cmS'. 3es

n/uds de capteurs caractérisent par la capacité de traitement et de

mémoire limitée.

. es technolo"ies de la communication dans les

réseaux de capteurs.1. 6i"7ee

TiUee est une norme mondiale pour la technoloie sans fl

permettant la communication sur des distances courtes. @lle se

caractérise par la "aible consommation d!énerie et les coNts de

productions très bas.3es débits autorisés sont relativement "aibles entre 8V et 8:V +bit;s

sur des diAérentes bandes de "réquences #WIW >J ,X1: >J, 8.

FJ'. TiUee se baser sur la norme 5@@@ WV8.1:.

.2. 7luetooth :@st une norme de communication par ondes radio dans un raon

de 1V 0 1VV mètres sur la bande radio 8. FJ. 5l simplife la

connexion entre les appareils électroniques sur des distances



courtes son point néati" et la trop rande consommation

d!énerie. 3e Uluetooth respecte la "amille de norme 5@@@ WV8.1:.1..3. 8if :

3e (5&5 #(ierless &idelit' est l!ensemble de protocoles de

communication sans fl .5l se caractérise par un débit plus que 11>bit;s son porté de =VV mètres sur la bande radio 8. FJ .il

respecte la norme 5@@@ WV8.11 a;b;..

Erotocole Ti Uee Uluetooth (if)orme 5@@@ WV8.1:. WV8.1:.1 WV8.11 a;b;Uesoin mémoire -=8+bit 8:V +bit Y 1>bitY

7utonomie avec

pile

années ours heures

)ombre de

n/uds

I:VVVY M =8

Ritesse de

trans"ert

8:V+bit;s 1>bit;s 11-:>bit;s

Eortée 1VVm 1V-1VVm =VVm

<ableau1 diAérence entre les protocoles

9. ConclusionDans ce chapitre nous avons pu avoir une vision appro"ondie sur le

réseau de capteurs architecture, composants, topoloies,

applicationsZ...D!après cette étude, nous avons constaté sur les tpes de protocoles

>7C de réseau capteurs sans fl.



Documents

reseau de capteur