Introduction générale cadre du projet Chapitre : Introduction 7

Sommaire

Introduction générale 4

Cadre du projet 5

Chapitre 1 : Introduction 7

I.Problématique et contribution du projet de fin d’études d’ingénieur 7

II.Organisation du document 8

Chapitre 2 : Les réseaux de capteurs sans fil : Une nouvelle génération de réseaux sans fil 10

Introduction 10

I- Première partie : Les catégories des réseaux sans fil 10

I-1. Le réseau personnel sans fil (WPAN) 11

I-2. Le réseau local sans fil (WLAN)  11

I-3. Le réseau métropolitain sans fil (WMAN) 12

I-4. Le réseau étendu sans fil (WWAN)  12

II- Deuxième partie : Les réseaux de capteurs sans fil (RCSF) 13

II-1. Définition  13

II-2. Les principales caractéristiques des RCSF  13

II-3. Comparaison entre les RCSF et les réseaux sans fil classiques  16

II-4. Les domaines d’application  17

II-5. L’architecture d’un nœud capteur  18

II-5-1. Architecture matérielle 18

II-5-2. Architecture logicielle 19

II-6. La pile protocolaire des RCSF  19

II-6-1. La couche physique  20

II-6-2. La couche liaison de données  20

II-6-3. La couche réseau  21

II-6-4. La couche transport  21

II-6-5. La couche application  22

II-6-6. Le plan de gestion d’énergie  22

II-6-7. Le plan de gestion de la mobilité  22

II-6-8. Le plan de gestion des tâches  23

Conclusion 23

Chapitre 3 : 25

Chapitre 3 L’accès au support dans les réseaux sans fil 25

L’accès au support dans les réseaux sans fil 25

Introduction 25

I- Première partie : Les techniques de contrôle d’accès dans les réseaux sans fil classiques 25

I-1. L’accès multiple par répartition temporelle (TDMA)  25

I-2. L’accès multiple par répartition fréquentielle (FDMA)  26

I-3. L’accès multiple par répartition de codes (CDMA) 27

I-4. L’accès multiple avec écoute de la porteuse/Evitement de collision (CSMA/CA)  27

II- Deuxième partie : Les protocoles MAC proposés pour les RCSF 28

II-1. Les raisons d’adoption de nouveaux protocoles MAC pour les RCSF  28

II-2. Les caractéristiques d’un protocole MAC convenable aux RCSF  29

II-3. La consommation d’énergie au niveau de la couche MAC dans les RCSF 31

II-4. Le protocole Sensor-MAC  32

II-4-1. Les séquences d’états périodiques “actif” et “endormi”  32

II-4-2. L’évitement de collision  33

II-4-3. L’évitement du phénomène d’Overhearing 34

II-4-4. Le «  Message Passing » 35

II-5. Le protocole TimeOut-MAC  36

II-5-1. Fonctionnement de Timeout-MAC  36

II-5-2. La Synchronisation entre les nœuds  37

II-5-3. Détermination de TA (Timeout-Activity)  37

II-5-4. L’évitement du phénomène d’Overhearing  38

II-6. Le protocole Wise-MAC 38

II-7. Le protocole TRAMA (Traffic-adaptive medium access protocol) 40

II-7.1- Fonctionnement du protocole TRAMA  40

II-7.2- L’algorithme d’élection adaptée 41

II-8. Le protocole Lightweight-MAC  42

II-8-1. La synchronisation des nœuds  42

II-8-2. Principe d’émission/réception dans Lightweight-MAC 43

II-8-3. L’évitement de collision  43

II-9. Le protocole MAC de la norme IEEE 802.15.4  43

III- Troisième partie : Etude comparative de quelques protocoles MAC proposés dans les RCSF 44

III-1. Les critères de comparaison  44

III-1-1. L’allocation du canal radio  45

III-1-2. La notification  46

III-1-3. La gestion d’énergie  47

III-1-4. La qualité de service  47

III-2. Le tableau comparatif 47

Chapitre 3 L’accès au support dans les réseaux sans fil 49

Conclusion : 53

Chapitre3 L’accès au support dans les réseaux sans fil 53

Chapitre 4 : Solution proposée et situation par rapport à l’existant 55

Introduction 55

I- Première partie : Présentation de la solution proposée (Sensor-MACp) 55

I-1. Principe de Sensor-MACp  55

II-2. L'algorithme d’émission de données 56

II-3. Algorithme de réception de données 58

II- Deuxième partie : Etude comparative de Sensor-MACp, Sensor-MAC et Timeout-MAC 60

II-1. Les simulateurs utilisés dans les RCSF  60

II-2. Description du modèle de simulation MACSimulator  61

II-3. Paramétrage du réseau utilisé  63

II-4. Paramétrage des protocoles Sensor-MAC, Sensor-MACp et Timeout-MAC  64

II-5. Paramétrage des scénarios  65

II-6. La simulation des protocoles Sensor-MAC, Sensor-MACp et Timeout-MAC  66

II-6.1. Les modèles de communication  66

II-6.1.1. Le modèle de communication « Point à point  »  66

II-6.1.2. Le modèle de communication « Nœud vers Sink »  67

II-6.2. Exécution des scénarios  67

II-6.3. Les résultats des simulations  70

II-6.3.1. Cas du modèle de communication « point à point »  70

II-6.3.2. Cas du modèle de communication « nœud vers Sink »  71

II-6.4. Interprétation des résultats  72

II-6.4.1. Cas du modèle de communication « point à point  »  72

II-6.4.2. Cas du modèle de communication « nœud vers Sink »  72

Conclusion  73

Conclusion générale 74

Liste des figures 76

Liste des abréviations 77

Bibliographie 79

Annexes 81

Introduction générale

L’essor des technologies sans fil offre aujourd’hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. En comparaison avec l’environnement filaire, l’environnement sans fil permet aux utilisateurs une souplesse d’accès et une facilité de manipulation des informations à travers des unités de calcul mobiles (PC portable, PDA, capteur…).

Les réseaux sans fil peuvent être classés en deux catégories : les réseaux avec infrastructure fixe préexistante, et les réseaux sans infrastructure. Dans la première catégorie, une importante infrastructure logistique et matérielle est nécessaire pour le déploiement du réseau ; le modèle de la communication utilisé est généralement le modèle cellulaire (les réseaux GSM par exemple). La deuxième catégorie est celle des réseaux ad hoc.

Un réseau ad hoc peut être défini comme un ensemble d’entités mobiles interconnectées par une technologie sans fil formant un réseau temporaire sans l’aide de toute administration ou de tout support fixe.

Avec les avancées techniques en terme de performances et de miniaturisation, réalisées dans les microsystèmes électromécaniques (MEMS: microcontrôleur, transceiver RF…) et les communications sans fil, une nouvelle variante de réseaux ad hoc s’est créée afin d’offrir des solutions économiquement intéressantes pour la surveillance à distance et le traitement des données dans les environnements complexes et distribués : Les réseaux de capteurs sans fil.