Définition des besoins (A)

9.2.2.1 Approche préliminaire (A.1.)

L’objectif du projet EnvSys est de procéder à l’instrumentationd’un réseau hydrographique souterrain (voir figure 9.1) à l’aide decapteurs intelligentsutilisant une technologie de trans-mission sans fil afin de faire parvenir des mesures vers une station de collecte située en sortie du réseau hydrographique.

La station de collecte. Cette station de travail type PC permet de collecter les mesures qui

par-viennent des différents capteurs. Elles sont stockées dans un fichier texte contenant des enregistrements du type :

<id_apteurs_soure><id_mesure 1 ><mesure 1 >:::<id_mesure n ><valeur n ><R C > (9.1) où id_capteur est l’identifiant du capteur sur 2 octets, id_mesure est l’identifiant du type de mesure sur un octet (1:température, 2:pression, 3:ph), valeur est la mesure représentée par un réel codé suivant la norme IEEE 754 (simple précision soit 4 octets). Ces mesures sont utilisées par unanalyste(visualisable sur site ou à distance). Cette station permet aussi de connaître les identifiants de tous les capteurs joignables. Cela permet auxspéléologuesde vérifier que les capteurs qu’ils ont posés sont toujours présents.

Les capteurs. Les capteurs sont plongés dans le réseau hydrographique souterrain. Ils sont

auto-nomes d’un point de vue énergétique (batterie). Ils doivent alors assurer plusieurs fonctions :

– Une fonction mesure : c’est le rôle premier d’un capteur. Il consiste à interagir avec l’environne-ment pour saisir l’information.

– Une fonction relais : chaque capteur a une portée de transmission limitée. Il est donc nécessaire que chaque capteur aide les autres à faire parvenir leurs mesures à la station de travail.

La communication sans fil. La communication sans fil dans ce type d’environnement présente des

particularités fortes notamment sur la portée des capteurs. En effet, de nombreux facteurs jouent sur cette portée maximale des capteurs. Ces limitations proviennent tout d’abord des solutions technologiques qui ont été utilisées pour réaliser les modules d’émission/réception (fréquence, puissance, antenne) et de

172 Application à l’instrumentation sans fil : gestion d’un réseau de capteurs sans fil

la manière dont ces solutions ont été implantées. L’environnement du capteur a aussi un fort impact : l’onde électromagnétique, selon les obstacles qu’elle aura à traverser, ne sera pas exploitable à une dis-tance unique selon chacune de ses directions. La zone de transmission ne sera pas modélisable par une sphère. Le schéma référencé 9.2 peut nous aider à comprendre ce phénomène. La distanced

1qui sépare les capteursi

1eti

2est inférieure à la distanced

2qui sépare les capteursi 1 eti

3. Cependant le bloc de roche séparant le couple de capteurs (i

1,i

2) dégénèrera le signal et fera que le capteuri

2 ne pourra pas recevoir correctement le message contrairement au capteuri

3.

FIG. 9.2 – Propagation anisotropique du signal

La tolérance aux pannes. Le maintien de cohérence est un des problèmes centraux du projet

ENV-SYS. Il convient, pour pouvoir traiter cette question, de trouver les sources possibles d’une violation de l’intégrité fonctionnelle. De ces perturbations, nous pourrons dégager les contraintes auxquelles notre solution devra se soumettre. Elles constitueront nos critères de classification des systèmes existants ainsi que de recommandation pour le système que nous proposerons.

Guy Pujolle, lorsqu’il aborde la tolérance aux pannes, identifie deux types de défauts [Pujolle, 2000]. Les défauts internes issus de la défaillance d’un composant et les défauts externes qui dépendent de l’environnement du système. Cela peut nous permettre de classer brièvement ces perturbations.

Voici donc un aperçu des principales causes de dysfonctionnement possibles pour ENVSYS. Il peut subir :

– Un dysfonctionnement des capteurs (défaut interne): un capteur peut être défaillant et, par exemple, émettre en continu, monopolisant ainsi le réseau.

– La perte éventuelle d’un des capteurs. En effet, le capteur peut être emporté par le courant (défaut externe) ou ne plus avoir d’énergie pour émettre (défaut interne). Ce cas de figure donne naissance à trois éventualités (illustrés par la figure 9.3):

Æ Cas 1: Le capteur était un capteur terminal (il ne servait de relais à aucun autre agent). L’inté-grité fonctionnelle du système n’est pas vraiment remise en cause : on ne perd a priori qu’une information.

Æ Cas 2 : Le capteur n’est pas un agent terminal mais un autre capteur peut prendre le relais. La cohérence peut ainsi être rétablie.

Æ Cas 3 : Le capteur était un agent non terminal et le réseau s’est scindé en deux réseaux auto-nomes. Ce cas est le plus préjudiciable et doit être anticipé lors du placement des capteurs : c’est pourquoi le système doit permettre un mode configuration afin que le spéléologue sache à tout instant combien de capteurs sont dans l’aire d’écoute de celui qui est placé.

Remarques : Deux capteurs sont dits en accointance s’ils peuvent communiquer. Nous ap-pelons ici accointance "utilisée" une accointance qui sert pour le transport de l’information. L’accointance "non utilisée" est une accointance qui peut être utilisée mais que le système

Traitement du problème avec DIAMOND 173

FIG. 9.3 – Le réseau suite au disfonctionnement d’un des capteurs

n’exploite pas. Une accointance est dite perdue lorsque que l’un des capteurs en accointance est devenu défaillant.

– Un nombre de capteurs trop important (défaut externe): le nombre de capteurs peut nuire au fonc-tionnement du système si, par exemple, le nombre de communications servant au contrôle de la cohérence ou de la configuration surcharge le réseau.

– Limitation du débit : ce défaut externe provient du fait que l’on utilise des ondes à basse fréquence qui limitent le débit maximum que l’on peut obtenir. Il peut nuire au bon fonctionnement du système s’il y a de nombreuses informations à échanger.

174 Application à l’instrumentation sans fil : gestion d’un réseau de capteurs sans fil

9.2.2.2 Etude des acteurs A.2

Le système est constitué d’un ensemble de capteurs et d’une station de collecte. Les acteurs agissant sur ce système sont :

– le spéléologue qui place les capteurs dans la grotte et vérifie périodiquement si des capteurs n’ef-fectuent plus leurs mesures et nécessitent donc d’être remplacé (ou qu’un autre capteur soit ajouté). – l’analyste qui analyse les données collectées.

Quand il place un capteur, le spéléologue doit savoir combien d’autres capteurs sont à la portée de celui qu’il place. Quand il a fini cette opération (et lorsqu’il désire vérifier que le système fonctionne bien c’est-à-dire que toutes les données nécessaires à l’analyste sont bien prélevées par les capteurs) il peut lancer une requête de contrôle.

L’analyste peut visualiser les données qui arrivent aux poste de collectes, les stocker et les détruire.

9.2.2.3 Etudier les cas d’utilisation A.3.

On identifie différents cas d’utilisation :

– Le cas d’utilisation "configuration" qui permet la création du réseau et l’ajout de capteurs,

– La cas d’utilisation "mesure" qui permet la collecte des mesures par la station de collecte. Durant ce cas d’utilisation, l’utilisateur peut :

Æ gérer les données (analyste),

Æ vérifier la topologie c’est-à-dire les capteurs qui sont encore en état de fonctionnement et participe à la collecte les données (spéléologue).

La figure 9.4 illustre ces cas d’utilisation et leur organisation (l’application étant de ce point de vue simple, la présence du déclenche résume l’organisation des cas d’utilisation).

FIG. 9.4 – Diagramme de cas d’utilisation du projet EnvSys

9.2.2.4 Etudier les besoins en services (A.4.)

Nous présentons, dans un premier diagramme de séquence (voir figure 9.5), les besoins en service de l’acteur spéléologue lorsqu’il désire placer les capteurs.

Traitement du problème avec DIAMOND 175

FIG. 9.5 – Diagramme de séquence lié à la configuration de la topologie du réseau de capteurs Le diagramme, présenté en figure 9.6, introduit les besoins en services des acteurs "spéléologue" et "analyste" lorsque le système est utilisé pour instrumenter le réseau hydrographique souterrain.

FIG. 9.6 – Diagramme de séquence du système (les capteurs étant positionnés)

9.2.2.5 Etude des modes de marche et d’arrêt (A.5.)

En marche normale les mesures arrivent à la station de collecte. Sif

i est la fréquence d’envoi des mesures par le capteurialors si durant une périodeT

min i

=1=f i

+t

aheminementil n’y a pas de message, on s’est écarté du mode de fonctionnement nominal. Il est peut être nécessaire de rajouter des capteurs (l’analyste doit déterminer si les mesures qui manque biaiseraient l’analyse des résultats et éventuelles

176 Application à l’instrumentation sans fil : gestion d’un réseau de capteurs sans fil

décisions qui en découleraient).

Un mode de préparation a été identifié et est lié au cas d’utilisation "configuration". Durant ce laps de temps, pour pouvoir placer les capteurs, le spéléologue doit savoir, pour chaque capteur qu’il place, le nombre de ses voisins.