Les réseaux de capteurs sans fil
Routage dans les réseaux de capteurs
Réseaux ad hoc
Les réseaux de capteurs sans fil sont apparentés aux réseaux ad hoc. En effet, ces deux types de réseaux ont de nombreux points communs :
- Réseaux sans infrastructure
- Architecture décentralisée
- Autonomie
- Utilisation des ondes radio pour communiquer
Cependant, les besoins et les contraintes de ces réseaux diffèrent :
Capteurs | Ad hoc | |
---|---|---|
Flot de communication | "many to one" | "any to any" |
Contrainte clé | Energie | Débit |
Communication | Broadcast | Point à point |
Relation entre les noeuds | Collaboration | Chaque noeud à son objectif |
Les réseaux de capteurs sans fil empruntent les protocoles de routage des réseaux ad hoc sur des réseaux de petite taille.
Routage par innondation
Dans le cas du routage par innondation, la source diffuse son message à tous ses voisins. Chaque noeud le retransmet à ses voisins sauf la destination. Ce type de routage pose problème car la diffusion des messages continue après la réception. En effet, seul le noeud destinataire sait qu'il a reçu le message. Il y a donc un gâchis de bande passante et des dépenses d'énergie inutiles.
Protocoles proactifs
Dans les protocoles proactifs les routes sont établies à l'avance. On peut citer en exemple les protocoles FSR (Fisheye State Routing) ou OLSR (Optimized Link State Routing).
Protocoles réactifs
A l'inverse, pour les protocoles réactifs les routes sont établies à la demande. On peut citer par exemple les protocoles DSR (Dynamic Source Routing) et AODV (Ad hoc On demand Distance Vector Routing).
Protocoles hybrides
Enfin les réseaux de capteurs peuvent emprunter les protocoles ad hoc hybrides comme ZRP (Zone Routing Protocol). Les protocole hybrides tirent parti des avantages des protocoles proactifs et réactifs. Ainsi, on distingue deux zones :
- l'Intrazone Routing Protocol (IARP) dans laquelle le routage est proactif,
- l'Interzone Routing Protocol (IERP) dans laquelle le routage est réactif
On a donc un routage à deux niveaux avec l'utilisation de zones qui permet d'optimiser la diffusion des paquets route request. Le comportement pro-actif est limité au voisinage d'un noeud ainsi les informations de topologie ne sont transmises qu'aux voisins.
Ces protocoles ne sont pas dédiés aux réseaux de capteurs sans
fil. Le routage dans les réseaux de capteurs doit tenir compte de la
consommation d'energie.
Les réseaux de capteurs pouvant atteindre 10000 noeuds, il est
préférable de choisir des protocoles dit "localisés". C'est à
dire qui ne tiennent pas compte du dimensionnement du réseau pour que le passage
à l'échelle ne posera pas de problème.
Voici deux exemples de protocoles dédiés.
Algorithmes dédiés
Les protocoles dit "centralisés" fonctionnent sur des
réseaux de petite taille.
Or, même si les réseaux de capteurs sans fil sont apparentés aux
réseaux ad hoc, les spécificités, les objectifs et les besoins sont
différents.
Les protocoles dédiés pour les réseaux de
capteurs, sont peu nombreux, les implémentations également.
Les noeuds demandent une gestion soigneuse des ressources.
Les multiples capteurs peuvent produire les mêmes données à proximité
d'un évènement.
Les algorithmes dédiés sont répartis en quatre catégories :
- protocoles hiérarchiques : énergie, agrégation et fusion des messages dans un cluster
- protocoles basés sur la localisation : les capteurs ont un système GPS basse puissance qui leur permet de déduire la distance et le coût
- protocoles centrés données : requêtes à certaines régions
- considération du flux réseau : adopte des approches d'établissement de chemins en considérant la QoS
Nous allons voir deux exemples.
Spin (Sensor Protocols for Information via Negotiation)
SPIN est un protocole centré données. Il va permettre d'économiser de
l'énergie. Quand un noeud A à des données à envoyer à
ses voisins prenons B par exemple;
il va nommer ses données en utilisant des descripteurs de haut niveau.
Avant transmission, les descripteurs sont échangés entre les
capteurs par un mécanisme de publicité de données.
Ainsi A annonce ses données à B.
Si B n'a jamais reçu les données il répond par un acquitement positif.
A peut alors les transmettre.
B annonce à son tour les données qu'il a à transmettre, et ainsi de suite.
Ce protocole permet donc d'économiser de l'énergie car s'assurer que les données
n'ont pas été transmises est beaucoup moins coûteux que de les envoyer à perte.
Speed
Ce protocole assure un temps limite au delà duquel les informations ne sont plus prises
en compte. Il introduit une notion de "temps réel" dans les réseaux de capteurs
sans fil.
Son but est d'assurer une certaine vitesse pour chaque paquet dans le réseau.
Ainsi chaque application estime le délai bout en bout pour les paquets en
divisant la distance au puits par la vitesse du paquet avant de prendre la décision
d'accepter ou de refuser le paquet.
Ce protocole implique que chaque noeud doit maintenir des informations sur ses voisins.