Bilan de l’étude sur l’évolution du réseau

Nous venons de voir qu’un réseau de capteurs sans fil, suite à la détection et à la propagation d’un évènement significatif, évolue en suivant une structure de treillis. L’étude des treillis étant l’une des thématiques de l’axe 1 du Limos, il semble très prometteur de poursuivre les activités de recherche sur les particularités de ce graphe d’évolution d’un réseau de capteurs sans fil. Cette activité de recherche pourrait conduire à un rapprochement de l’axe 1 (modèles et algorithmes de l’aide à la déci-sion) et de la partie réseaux de l’axe 2 (systèmes d’information et de communication) du Limos.

Le fait que le graphe d’évolution du réseau soit un treillis a des conséquences utiles pour les concepteurs de protocoles. Grâce aux propriétés du treillis, il est possible d’estimer le temps de transition d’un état à un autre, lorsque ce temps prend en compte le comportement de la sous-couche MAC (voir l’algorithme 4.3.2.3). Le temps de transition correspond au temps maximum pour aller du graphe où seule la graine est dans l’état 2, au graphe où tous les nœuds sont dans l’état 2. La recherche du plus long chemin dans le treillis peut être faite rapidement (une fois que le treillis est construit). Rappelons que ce temps est utilisé pour paramétrer l’automate des nœuds, afin de garantir que les nœuds ne changent pas trop souvent d’état, ce qui complexifie la gestion du réseau (voir la partie 4.2.2).

Une autre utilité de la représentation de l’évolution du réseau par un treillis concerne les applications fonctionnant sur le réseau de capteurs sans fil. À partir d’une vision partielle du réseau, qui se traduit par la connaissance de l’état de cer-tains des nœuds, il est possible pour une application de calculer l’ensemble des états

dans lequel le réseau peut se trouver (voir l’algorithme 4.3.2.4). Cette connaissance peut donner à l’application des informations supplémentaires sur les nœuds dont l’état est inconnu. Le fait que cet ensemble puisse être représenté comme un inter-valle est une conséquence du fait que le graphe d’évolution est un treillis. Le calcul rapide de cet intervalle utilise aussi des propriétés du treillis.

Deux types de perspectives s’ouvrent donc à nous. Premièrement, nous pourrions approfondir notre connaissance du graphe d’évolution en cherchant de nouvelles propriétés. Ce travail pourrait être entamé par un étudiant en master recherche, par exemple. Deuxièmement, nous pourrions chercher à trouver d’autres utilisations des propriétés du treillis pour les concepteurs de protocoles réseaux, ou pour les applications fonctionnant sur le réseau de capteurs sans fil.

4.4 Conclusions

Dans un réseau de capteurs sans fil utilisant une architecture multi-piles, les protocoles réseaux (ou leur paramétrage) peuvent évoluer en fonction des évènements détectés ou des commandes d’un opérateur. Nous montrons ce comportement au travers de l’exemple du projet Clervolc, présenté dans la partie 4.1. Dans cette application de surveillance environnementale d’un volcan, le réseau est en état de veille l’essentiel du temps, ce qui permet d’économiser de l’énergie. Dès qu’un séisme important est détecté, les nœuds du réseau basculent (de manière désynchronisée) dans un état de surveillance intensive, où le délai de transmission des paquets devient une métrique principale.

Dans les architectures multi-piles globales, étudiées dans la partie 4.2, le passage d’une pile protocolaire à l’autre est lié à un évènement externe au réseau. De plus, ce changement de pile protocolaire est global : tous les nœuds doivent utiliser (à terme) la nouvelle pile protocolaire. Nous proposons des algorithmes permettant d’éviter les boucles pendant la phase transitoire où certains nœuds ont basculé vers la nouvelle pile protocolaire, tandis que d’autres nœuds ne sont pas encore avertis du changement de pile protocolaire.

Dans la partie 4.3, nous nous concentrons sur l’évolution de la pile protocolaire utilisée par les nœuds au cours du temps. Nous montrons que l’ensemble des états possibles du réseau forme une structure particulière, et nous en étudions ses proprié-tés, en faisant le lien entre la topologie du réseau et les évolutions possibles. Nous profitons de ces résultats pour proposer un algorithme permettant d’estimer la durée nécessaire pour que tous les nœuds du réseau aient basculé vers la nouvelle pile pro-tocolaire (cet algorithme pouvant être utilisé par les concepteurs de protocoles pour paramétrer la durée de transition minimale entre deux états). Nous proposons aussi un algorithme permettant de déterminer l’intervalle des états possibles du réseau, à partir de la connaissance de la pile protocolaire utilisée par un sous-ensemble de nœuds (cet algorithme pouvant être utilisé par les applications du réseau de capteurs sans fil).

Ces travaux ouvrent de nombreuses pistes de recherche : la recherche d’autres exemples d’architectures globales, l’étude d’autres propriétés des architectures glo-bales (ne concernant pas les boucles, mais le délai par exemple), l’étude des

pro-priétés du graphe d’évolution, ou l’étude de la manière dont ces propro-priétés peuvent être utilisées pour aider les concepteurs de protocoles réseaux ou les applications du réseau.

5

RÉSUMÉ ET PERSPECTIVES

Dans ce chapitre, nous commençons par résumer les principales contributions pré-sentées dans ce document. Ensuite, nous donnons un résumé de nos contributions qui ont été omises, soit par manque de place, soit pour rester concentré sur la contri-bution principale. Ensuite, nous faisons le lien entre les thématiques de recherche et les étudiants de thèse et de master recherche que j’ai encadrés (ou co-encadrés). Finalement, nous présentons plusieurs perspectives à nos travaux.

5.1 Résumé des contributions présentées

Nous avons montré que les réseaux de capteurs sans fil pouvaient être utilisés pour de nombreuses applications de surveillance de sites étendus, notamment in-dustriels ou environnementaux. Nous nous sommes placés dans le cas où plusieurs piles protocolaires sont utilisées dans le même réseau de capteurs sans fil. Ce cas de figure se présente dans deux scénarios complémentaires. Dans le premier scénario, les qualités de service requises par l’application ne peuvent pas être fournies par une seule pile protocolaire. Ce scénario se produit lorsque l’application est susceptible de générer des trafics très différents, par exemple un trafic de suivi de basse priorité et un trafic d’alarmes de haute priorité. Dans le deuxième scénario, de nombreuses applications coexistent dans un même déploiement réseau. Ce scénario permet de réduire les coûts liés au déploiement, puisque les nœuds capteurs sont mutualisés par les applications. En revanche, le trafic applicatif soumis au réseau augmente avec le nombre d’applications. Le nombre de piles protocolaires que le réseau doit pouvoir gérer augmente lui aussi avec le nombre d’applications, même si certains protocoles peuvent être réutilisés et mutualisés.

Dans le chapitre 3, nous avons présenté les protocoles proposés dans le cadre

du projet Ocari. Ces protocoles peuvent être utilisés pour la surveillance d’un site industriel, et permettent de fournir deux qualités de service très différentes, tout en profitant de nombreuses optimisations utilisant des techniques de cross-layering. Nous avons montré que ces protocoles pouvaient s’intégrer dans une architecture multi-piles, et nous avons mis en avant deux types d’architectures multi-piles : les architectures simples et les architectures locales. Nous avons introduit des propriétés de compatibilité et de retardabilité sur les combinaisons de protocoles de routage (et non pas sur les protocoles de routage eux-mêmes), qui permettent d’éviter les boucles de routage qui seraient susceptibles d’apparaître dans les architectures locales.

Dans le chapitre 4, nous avons présenté les protocoles proposés dans le cadre du projet Clervolc. Ces protocoles peuvent être utilisés pour la surveillance d’un site environnemental, et permettent de fournir des qualités de service qui dépendent des évènements détectés. Nous avons montré que ces protocoles s’intégraient dans un nouveau type d’architectures multi-piles : les architectures globales. Nous avons proposé des protocoles permettant de gérer la phase de transition pendant laquelle certains nœuds utilisent une nouvelle pile protocolaire (suite à la détection d’un évènement jugé significatif par l’application), tandis que d’autres utilisent encore l’ancienne pile protocolaire. Finalement, nous avons montré que pendant ces phases de transition, le réseau évoluant d’une manière qui peut être modélisée par un treillis, et nous avons mis en avant quelques propriétés de ce treillis. Nous avons donné, notamment, un algorithme de calcul de la durée maximale de la phase de transition, ainsi qu’un algorithme de calcul d’un intervalle d’états possibles du réseau à partir de la connaissance de l’état de certains nœuds seulement.

Pour résumer, nous avons présenté dans ce document nos travaux de recherche dont la thématique générale porte sur les architectures multi-piles, en insistant sur l’étude des propriétés des combinaisons de protocoles de routage.