Auto-organisation Avec Canaux Et Puits Multiples De réseaux De Capteurs Sans Fil De Grande Taille

Auto-organisation avec canaux et puits multiples de

réseaux de capteurs sans fil de grande taille

Cheick-Tidjane KONE, Francis LEPAGE, Michael DAVID

Centre de Recherche en Automatique de Nancy,

UMR 7039 – Nancy-Université, CNRS

Campus sciences – BP 70239 – 54506 Vandoeuvre Cedex, France.

Cheick-Tidjane.Kone@cran.uhp-nancy.fr, Francis.Lepage@cran.uhp-nancy.fr, Michael.David@cran.uhp-nancy.fr

Résumé— Ce papier présente un protocole de clustering simple et

distribué, approprié pour les réseaux de capteurs sans fil

(RCSFs) de grande taille composés de plusieurs milliers de

noeuds capteurs. Une architecture à deux niveaux est utilisée

pour assurer performance, passage à l’échelle et durabilité : N

puits (bien) répartis dans l’espace sont connectés par Wi-Fi en

réseau de niveau 2 appelé réseau de puits. Un algorithme d’autoorganisation

est proposé pour créer une organisation hiérarchique

du réseau de niveau 1 appelé réseau de capteurs. Il partitionne

le réseau de capteurs en plusieurs sous-réseaux ou clusters

disjoints ayant sensiblement la même profondeur en nombre de

sauts. La disponibilité de canaux fréquentiels multiples est ensuite

mise à profit pour créer une structure cellulaire en allouant

un canal par sous-réseau. L’évaluation de la proposition, effectuée

à l’aide de simulations sur un réseau de grande taille, jusqu’à

10 000 noeuds, porte sur le taux de d’intégration ou de connexité

des noeuds dans la structure, sur la charge du trafic, sur

les délais et sur le taux de livraison des paquets. Une comparaison

avec un réseau de capteurs à un seul canal sur la même topologie

montre l’intérêt des canaux multiples.

Mots-clés— Réseaux de capteurs sans fil, grand réseau, autoorganisation,

multi-canal, multi-puits, structure cellulaire

I. INTRODUCTION

L’utilisation des réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) présente

l’intérêt de ne pas nécessiter d’infrastructure. Par

exemple, dans des applications de surveillance environnementale

après un accident, un grand nombre de capteurs (de

l’ordre de quelques centaines de milliers de noeuds) peuvent

être déployés rapidement et aléatoirement sur des étendues

géographiques de plusieurs kilomètres carrés. Il se pose une

problématique de passage à l’échelle mais aussi de préservation

énergétique et de connectivité au cours du temps [2],

[15], [18]. Pour une utilisation efficace de l’énergie et de la

capacité du réseau, plusieurs recherches se sont focalisées sur

l’auto-organisation (organisation hiérarchique) [1]. De plus,

l’utilisation de plusieurs puits dans les grands RCSFs a été

perçue comme une voie possible pour faciliter la gestion et le

passage à l’échelle du réseau, raccourcir le délai de transmission

en nombre de sauts, améliorer la connectivité et la durée

de vie du réseau [?]. De tels RCSFs avec plusieurs puits peuvent

être partitionnés en plusieurs sous-réseaux ou clusters

avec un puits par cluster. Le nombre et/ou la position des puits

maximisant la capacité et la durée de vie du réseau peuvent

être optimisés selon les besoins applicatifs [17], [9].

Les canaux multiples peuvent aussi être utilisés pour réduire

les collisions et par conséquent accroître la capacité et la durée

de vie du réseau. On peut ainsi créer une structure cellulaire

du RCSF en allouant un canal par cluster tout en respectant

le principe de réutilisation de fréquences [16]. Tous les

noeuds d'un cluster doivent communiquer sur le même canal.

La contribution principale de ce papier est de proposer une

architecture appropriée pour les grands RCSFs (de plusieurs

milliers de noeuds) et une méthode pour la construire..

L’architecture utilise plusieurs puits et plusieurs canaux pour

améliorer la performance du réseau et faciliter sa gestion et

son utilisation. La méthode de construction s’appuie sur un

positionnement déterministe des puits, une auto-organisation

en clusters à base d’un nouvel algorithme combinée à une

allocation de canal par cluster et un basculement des noeuds

capteurs sur ce canal. Ensuite, nous évaluons son impact sur la

capacité du réseau par rapport à la même architecture mais à

canal unique.

Le papier est organisé de la façon suivante. La section II

présente brièvement les travaux menés sur

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