Algorithmes de routage sur les r´ eseaux de capteurs l’image

a ces nouvelles contraintes. Mˆeme si ces travaux montrent des approches int´eressantes, plus de simulations et d’exp´erimentations sont n´ecessaires pour valider leur performances. Certains de ces travaux portent sur les FEC (Forward Error Correction), la demande de retransmission automatique ou l’application de RCPC/CRC, discut´e dans (Wu et Chen, 2003), mais les d´etails sur leur mise en œuvre sont tr`es difficiles `

a trouver. Des travaux plus r´ecents, comme (Na et al., 2008; Saxena et al., 2008), commencent `a sortir de cette approche purement th´eorique.

Dans cette section, nous pr´esentons quelques travaux qui repr´esentent l’´etat de l’art actuel sur les m´ecanismes de communication sp´ecifiquement con¸cus pour les r´eseaux de capteurs sans fil multi-saut. Ils concernent des strat´egies de routage, des m´ethodes de contrˆole d’erreurs et des m´ethodes de contrˆole de trafic.

2.4.1 Algorithmes de routage sur les r´eseaux de capteurs l’image

Les r´eseaux ´etendus ont besoin d’algorithmes optimaux et adaptatifs pour faire parvenir les donn´ees d’un ´emetteur `a un r´ecepteur qui ne sont pas dans le mˆeme voisinage. Comme ces nœuds peuvent ˆetre tr`es ´eloign´es g´eographiquement et les technologies de communication sont souvent limit´ees en port´ee de transmission, l’utilisation d’algorithmes de routage, qui rendent possible cette communication d’un point `

a l’autre `a travers plusieurs nœuds interm´ediaires, devient imp´eratif. Le routage ad-hoc pour les r´eseaux sans fil `a ´et´e d´ev´elopp´e pour les r´eseaux d’ordinateurs ou de v´ehicules. Nous pouvons trouver quelques exemples propos´es sp´ecialement pour la transmission d’images, comme le protocole SPIN-IT (Woodrow

et Heinzelman, 2002). Les r´eseaux de capteurs sans fil sont un cas tr`es particulier des r´eseaux ad-hoc, diff´erents en termes d’´echelle et en termes de limitations de ressources. De nombreuses approches ont ´et´e propos´ees afin d’assurer une transmission efficace et de prolonger la dur´ee de vie des r´eseaux (Akkaya et Younis, 2005; Dai et al., 2005).

Nous pouvons classer les approches de routage pour les r´eseaux de capteurs sans fil en quatre grandes classes, comme le montre la figure 2.8.

Approches de routage pour les r´eseaux de capteurs sans fil

Al´eatoire

Uni-chemin

– Route la plus courte – ´Epine dorsale – . . . Multi-chemins – Partage de la charge – Redondance – . . . Inondation – Simple – Dirig´ee – . . .

Fig. 2.8: Classification des algorithmes de routage pour les r´eseaux de capteurs sans fil.

Dans le cas d’une strat´egie de routage al´eatoire, le paquet de donn´ees est envoy´e `a un nœud du voisi-nage au hasard (c’est une marche al´eatoire). On peut aussi se limiter aux nœuds qui remplissent certaines conditions, par exemple, ceux qui sont plus proche du puits que le nœud source. Le routage uni-chemin (unipath) d´efinit une strat´egie ou une et une seule route (peut ˆetre « optimale ») est s´electionn´ee avant la transmission, de mani`ere `a assurer l’arriv´ee des paquets par le « meilleur » chemin (voir figure 2.9(a)). Dans une approche multi-chemins (multipath), plusieurs chemins sont s´electionn´ees. `A partir de l`a, soit les paquets sont envoy´es de mani`ere r´ep´et´ee par les diff´erents chemins pour augmenter la probabilit´e d’arriv´ee au puits, soit les paquets sont envoy´es alternativement sur un chemin parmi toutes les routes s´electionn´ees pour mieux r´epartir le trafic sur les nœuds du r´eseau (voir figure 2.9(b)). Finalement, diff´erents types de routage par inondation peuvent ˆetre appliqu´es, en augmentant de la probabilit´e d’arriv´ee des paquets, au prix d’une augmentation de la charge du r´eseau.

Source Puits r1 r2 r3 r4 r5

Transmission de donn´ees

(a) Routage uni-chemin.

Source Puits r1,1 r1,2 r1,3 r1,4 r1,5 r2,1 r2,2 r2,3 r2,4 r2,5 r2,6 r3,1 r3,2 r3,3 r3,4 r3,5 r3,6

Transmission de donn´ees (Chemin 1) Transmission de donn´ees (Chemin 2) Transmission de donn´ees (Chemin 3)

(b) Routage multi-chemin.

Fig. 2.9: Exemples de diff´erentes m´ethodes de routage pour les r´eseaux de capteurs.

2.4 Transmission d’images sur r´eseaux de capteurs 45 capteurs de vision. Un groupe de nœuds-cam´era prend des photos `a partir de perspectives diff´erentes d’un mˆeme objet. Les auteurs proposent un syst`eme de transmission d’image pour permettre le chevauchement des images compress´ees et la s´election du chemin `a suivre. Chaque nœud de cam´era Ci, avec 1 ≤ i ≤ k, est en mesure d’ex´ecuter la capture d’image, la compression et le chevauchement. JPEG est utilis´e comme algorithme de compression. Il existe un ensemble de Pi nœuds capables de chevaucher deux images (voir la section 2.3.2). Apr`es avoir fait quelques calculs combinatoires exhaustifs, les auteurs proposent un sch´ema simple dans lequel, pour chaque groupe de trois nœuds cam´era (de fa¸con s´equentielle C_i−1, Ci

et Ci+1), et apr`es avoir fait quelques compilations des informations (la distance entre les nœuds Pi et le puits et certaines propri´et´es des images compress´ees), le nœud central peut choisir le meilleur syst`eme de transmission. Une ´etude compl´ementaire de ce protocole est en discussion (Chow et al., 2006). Les diff´erents nœuds peuvent effectuer la compression des donn´ees avec diff´erents niveaux de qualit´e. Ce niveau de qualit´e est en rapport avec le nombre de niveaux de quantification appliqu´es dans JPEG.

De plus amples d´etails sur cette id´ee dans un sc´enario plus particulier sont donn´es dans (Chow et al., 2007). Les auteurs consid`erent un sc´enario avec un puits mobile. Ce puits mobile envoie une requˆete par innondation et de cette mani`ere, les nœuds peuvent connaˆıtre leur distance au puits. En outre, la connaissance de la position est assum´ee dans chaque nœud (par exemple, par localization GPS). Consid´erons un cas avec deux nœuds cam´era Ci et Cj. S’il y a un nœud k voisin des nœuds Ci et Cj, les nœuds compressent les images captur´ees et les envoient `a k. Pour s´electionner un nœud k, Ci choisit ses voisins parmi ceux qui ont une distance inf´erieure d’un saut, puis, il peut d´eterminer si k et Cj sont voisins par le calcul de leur distance (en sachant que Ciconnaˆıt les coordon´ees et la port´ee de transmission de k et Cj). Un crit`ere suppl´ementaire pourrait ˆetre l’´energie disponible au niveau du nœud. Le nœud k d´ecompresse les deux images et effectue le chevauchement, puis, il envoie l’image r´esultant au puits. S’il n’y a pas de nœud k avec les caract´eristiques d´ecrites ci-dessus, Ci envoie la r´egion chevauch´ee `a Cj et la r´egion non-chevauch´e au puits `a travers un nœud ki (plus pr`es du puits). Le node Cj fait la « couture » des images captur´ees et les envoie par Ci et envoie les r´esultats au puits.

(Savidge et al., 2005; Savidge et al., 2006) proposent un protocole de routage pour les r´eseaux de capteurs sans fil multi-hop de vision qui consid`ere un positionnement g´eographique des nœuds. Dans le sc´enario envisag´e dans ce travail, deux types de donn´ees peuvent ˆetre g´en´er´ees par les capteurs d’image : mesures simples p´eriodiques, `a faible bande passante et les donn´ees d’images ´ev´enementielles, `a haut d´ebit. Ce r´egime h´et´erog`ene sugg`ere des priorit´es diff´erentes pour chaque type de donn´ees. Pour faire face `a cette exigence suppl´ementaire, les auteurs ajoutent la n´ecessit´e de strat´egies de contrˆole d’acc`es au medium (MAC) avec support de qualit´e de service (QoS), permettant l’attribution de priorit´es aux diff´erents paquets de donn´ees, un m´ecanisme de double file d’attente (un pour chaque type de donn´ees), et des capacit´es d’adopter le prochain nœud interm´ediaire dans le plus bref d´elai pr´evu. Maintenant, pour les aspects de routage, chaque noeud voisin i a une fonction de coˆut c(i) associ´e, ainsi, un nœud peut d´eterminer entre un ensemble de candidats celui d’entre eux qui sera le prochain relai sur le chemin vers le puits. Trois param`etres sont d´efinis : le coˆut de la position (cp(i)), le coˆut des files (cq(i)) et le coˆut de l’´energie restante (ce(i)). La fonction de coˆut est d´efinie comme suit :

c(i) = cp(i) + α.cq(i) + β.ce(i) (2.2) o`u alpha et beta sont des variables configurables qui d´eterminent l’impact de chaque param`etre dans la fonction de coˆut. Le nœud courant choisit, par cons´equent, le nœud avec le coˆut minimum de C(i).

Comme les nœuds doivent avoir une connaissance de ses voisins, chaque nœud doit diffuser son ´etat actuel `a des intervalles r´eguliers de temps. Le coˆut de la position peut ˆetre calcul´e avec des strat´egies fond´ees sur la distance et/ou l’angle. Dans la strat´egie bas´ee sur la distance, la distance lin´eaire traditionnelle entre la source et le puits est consid´er´ee. Dans la strat´egie bas´ee sur l’angle, l’angle form´e entre le noeud candidat, le nœud courant et le puits est consid´er´e. En termes g´en´eraux, pour un mode p´eriodique de fonctionnement, le coˆut de la file d’attente peut ˆetre d´efini comme cq = Qperiodic+ 1, o`u Qperiodicest la longueur de la file d’attente du nœud. Pour une application hybride, o`u de paquets du type p´eriodique et du type ´ev´enementiel sont utilis´es, le coˆut de la file d’attente est d´efini comme suit : cq = ^Qperiodic+1

1−p

pour les paquets p´eriodiques et comme cq = ^Qevent+1

p pour les paquets ´ev´en´ementiels, o`u Qevent est la longueur de la file d’attente p´eriodique du nœud et p est la probabilit´e d’envoyer un paquet ´ev´enementiel. Afin de permettre la d´ecouverte de la topologie du r´eseau, dans (Savidge et al., 2005) une m´ethode bas´ee sur des observations entre les nœuds est propos´ee.

Les cas du routage multi-chemins pour la transmission de flux vid´eo dans les r´eseaux de capteurs sans fil est examin´e dans (Maimour, 2007). Les auteurs proposent SLIM (par Simple Lifetime-based Multipath), une protocole de routage multi-chemin con¸cu pour les couches de transport vid´eo sur les r´eseaux de capteurs de ressources limit´ees. Avec SLIM, chaque nœud a une table de routage qui contient quatre champs : l’identifiant du chemin (pathId), l’identificateur du prochain nœud sur la route vers le puits (nextNode), la dur´ee de vie du chemin (path lifetime), et un drapeau qui indique si le chemin est en service (InUse). Par l’inondation d’une requˆete depuis le puits, quelques chemins peuvent ˆetre construits. L’algorithme fonctionne comme suit : Tout d’abord, le puits diffuse un paquet avec son identifiant et d’une dur´ee de vie infinie. Au niveau d’un nœud interm´ediaire, quand un paquet de requˆete est re¸cu du puits, le champ pathId sera l’identifiant du nœud courant, c’est-`a-dire le nombre de chemins est limit´ee par le nombre de nœuds voisins au puits. Si la requˆete provient de tout autre nœud interm´ediaire, et si la valeur de pathId n’existe pas dans la table du nœud, il ins`ere un nouvel enregistrement dans sa table de routage, en ajoutant le chemin re¸cu et l’identifiant du nœud comme pathId et nextNode, respectivement. Le champs path lifetime est calcul´e comme le minimum entre la dur´ee de vie signal´ee par le nœud pr´ed´ecesseur et le temps de vie restant du nœud courant. Enfin, lorsque le nœud source re¸coit une demande, il ajoute une nouvelle entr´ee si le paquet de requˆete annonce un nouveau pathId, c’est-`a-dire le nombre de chemins est ´egalement limit´e par le nombre de nœuds voisins `a la source. Le r´esultat pourrait ˆetre un syst`eme multi-chemins comme celui de la figure 2.9(b). Le protocole a ´et´e ´evalu´e pour la transmission de flux vid´eo en continu, dans des diff´erents sc´enarios, y compris transport par couches avec des priorit´es `a travers des multiples chemins.