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 :

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 :

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 :

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.