Intégration des interfaces multiples

La stratégie adoptée pour la conception de routeur nous conduit à proposer une architecture pour celui-ci, dans le but d’obtenir les meilleures performances du réseau, principalement en termes de précision de la synchronisation, de durée de vie du réseau et de coût de fabrication. Ainsi, nous proposons de concevoir un algorithme capable d’adapter notre système à un mode de fonctionnement basé sur des interfaces de communication multiples.

La configuration de notre système comporte jusqu’{ présent: une organisation hiérarchique avec un niveau intermédiaire de communication (les routeurs), et une méthode d’accès au médium de type TDMA, qui permet d’optimiser l’occupation du canal. Par la suite, nous allons nous proposer de mettre en œuvre la méthode d’interfaces multiples pour les éléments du réseau. En ce qui concerne la méthode de routage, nous avons décidé d’utiliser le protocole AODV, qui est l’un des protocoles de routage les plus utilisés dans les réseaux sans fil, car il comporte de nombreux avantages [123].

Le choix pour une méthode de routage différente de celle proposée dès le début pour notre application (le protocole NOAH avec notre propre routage au niveau transport) se justifie par l’intention de placer cette application dans un cadre plus général. Autrement dit, nous souhaitons vérifier le comportement du système équipé avec des interfaces multiples en présence d’un trafic de synchronisation comme proposé dans la section III.3 du chapitre III.

Par conséquent, nous allons tester le comportement de ce réseau en utilisant le protocole de synchronisation IEEE1588-PBS hybride [146]. Nous rappelons ci-dessous le trafic spécifique généré par ce protocole (Figure V.4), où M et S représentent le maître et

l’esclave (correspondant dans le réseau aux groupes concentrateur-routeurs par exemple) et X représente un esclave qui ne fait que recevoir des messages de synchronisation (correspondant { des nœuds spécifiques).

Figure V.4 L’échange des messages dans le protocole IEEE1588-PBS hybride.

Nous calculons ainsi le cycle de synchronisation (selon le type du nœud) avec les relations suivantes:

(V.1)

(V.2) Dans cette configuration, nos objectifs sont:

 De vérifier que la précision de la synchronisation n’est pas affectée par rapport aux performances (des performances pour la précision de la synchronisation comprises entre quelques dizaines de microsecondes et quelques centaines de nanosecondes) obtenues dans [146];

 D’analyser les retards de transmission (obtenues à partir de l’analyse comparative des paramètres des équations V.1 et V.2);

 D’analyser la consommation d’énergie aux niveaux des routeurs et des nœuds (le niveau concentrateur nous intéresse moins au niveau de consommation car il est alimenté en continu).

Nous réalisons ce type d’analyse pour deux scénarios différents (section II.4.2.2), que nous les rappelons dans la Figure V.5.

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V.2 Topologie : choix et validation

Figure V.5 Deux scénarios d’organisations du réseau avec des interfaces multiples.

Le but est de montrer à travers une analyse comparative les avantages portés par l’organisation que nous avons proposée (l’organisation MIC du réseau), en termes de synchronisation et d’économie d’énergie.

L

Tout d’abord, nous allons vérifier si les performances en terme de précision de la synchronisation pour le scénario de type MIC corresponds à nos attentes (autour de la nano seconde).

Nous avons effectué les simulations sur le modèle NS-2 présenté auparavant, pour un ensemble de 73 éléments (un concentrateur, 8 routeurs et 64 nœuds). Grâce à l’organisation hiérarchique du réseau, nous avons constaté que le comportement d’un sous-réseau composé d’un concentrateur (C), un routeur (R) et huit nœuds (N) est similaire { celui des autres sous-réseaux. Pour cette raison et pour avoir des figures plus claires, nous avons décidé de présenter des résultats concernant uniquement un de ces sous-réseaux.

Ainsi, dans la Figure V.6 (a), nous pouvons remarquer que la précision de la synchronisation pour le premier niveau Concentrateur-Routeurs correspond aux performances d’organisation de type MIR en présence du protocole IEEE1588-PBS hybride [146], car les valeurs évoluent entre 10 ns et 230 ns.

En ce qui concerne le deuxième niveau, Routeurs-Nœuds, nous constatons (Figure V.6 (b)) que la valeur moyenne pour la précision de la synchronisation est de l’ordre de quelques centaines de nanosecondes, ce qui correspond aux résultats montré dans [146] pour une organisation de type MIR.

Figure V.6 La synchronisation pour le Niveau1 et le Niveau2 de communication Nous pouvons donc conclure, en se basant sur les résultats présentés ci-dessus, que notre solution (l’organisation de type MIC) préserve les performances en terme de précision pour la synchronisation du protocole IEEE1588-PBS hybride.

L

Nous continuons notre série de tests avec l’analyse d’un autre paramètre important, le délai de transmission. Plus précisément, nous nous intéressons à une analyse comparative entre les deux scénarios proposés en début de cette section, pour lesquelles nous mesurons la valeur correspondante à un cycle de synchronisation (équations V.1 et V.2), pour les deux niveaux (respectivement Concentrateur-Routeurs et Routeur-Nœuds).

Dans les figures ci-dessus, nous représentons la durée d’un cycle complet de communication réalisé entre le concentrateur et les routeurs (Figure V.7 (a)), ainsi qu’entre les routeurs et ses nœuds attachés (Figure V.7 (b)). Cette comparaison va nous permettre d’avoir une métrique sur les retards de transmission pour les deux cas analysés.

Figure V.7 Durée cycle de transmission entre C-Routeurs et R-Nœuds. En analysant ces figures, nous pouvons constater que pour les deux niveaux de communication, l’organisation de type MIC présente un nombre plus petit des cycles avec une durée élevée, par rapport { l’organisation MIR (les mesures les plus grandes sont

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V.2 Topologie : choix et validation

principalement associées à la configuration MIR). Par conséquent, l’organisation MIC a globalement des délais de transmission plus faible que l’organisation de type MIR. Donc, même si les valeurs obtenues restent proches, nous pouvons affirmer que notre proposition (MIC) pour l’organisation du système parait plus fiable, surtout si le nombre des éléments du réseau augmente (passage { l’échelle).

É

’

Dans ce paragraphe, nous nous intéressons à la consommation d’énergie de nos systèmes, en comparant l’impact de la topologie. Pour s’approcher le plus possible du cas réel, nous avons utilisé comme valeurs initiales pour les paramètres de consommation d’énergie celles correspondantes à un nœud capteur Berkeley Mote [147]. Ainsi, la consommation d’énergie pour envoyer un message sera de 7mW et pour recevoir un message de 4.5mW. En ce qui concerne l’énergie totale de chaque nœud, elle sera initialisée à 2700J, ce qui correspond à une cellule CR2032 (3V, 230mA).

Les résultats obtenus en simulation (Figure V.8), montrent pour le concentrateur une consommation en énergie comparable pour les deux scénarios qui font l’objet de notre étude. Aussi, sachant que cet élément bénéficie d’une alimentation en continu, nous avons considéré peu significatif de prendre en compte cet aspect dans notre analyse.

Concernant les éléments actifs (les nœuds capteurs), nous avons trouvé, après une étape d’extrapolation des résultats, une différence entre la durée de vie de la batterie pour les deux scénarios, de 4,9% dans l’avantage de la solution MIC (Figure V.8 (a)).

Figure V.8 La consommation d’énergie pour les nœuds capteurs pour les routeurs.

Le gain en énergie que nous avons obtenu ci-dessus pour l’organisation de type MIC, semble peu important. Mais, pour des éléments limités en énergie et qui doivent fonctionner le plus long temps possible, des moyens modestes en termes d’économie d’énergie comme celui-ci, peuvent contribuer significativement à la prolongation de la durée de vie du système.

Nous avons appliqué les mêmes méthodes (l’algorithme de simulation et une extrapolation des résultats) pour calculer la consommation d’énergie des routeurs. Ainsi, la durée de vie de la batterie d’un routeur du scénario de type MIC est avec 57% supérieure à celle d’une batterie identique de la configuration MIR (Figure V.8 (b)). Cette différence en consommation est due { la construction d’un routeur : dans une organisation de type MIR,

cet élément est équipé avec 2 interface de communication, ce qui va entrainer de point de vue routage, une augmentation importante du trafic. Au contraire, dans d’organisation de type MIC, le routeur détiens une interface de communication, ce qui est équivalent avec un trafic de routage divisé par deux par rapport { l’autre solution.

Cette valeur montre que l’ensemble de l’architecture de communication d’un élément a une influence directe sur la consommation d’énergie du système entier. Concrètement, dans le scénario de type MIR (Figure V.5), la présence des deux interfaces de communication au niveau des éléments intermédiaires (les routeurs), va augmenter considérablement le trafic, ce qui se traduit par une dépense énergétique multipliée par deux ou plus.

Autrement dit, ce n’est pas que le choix de la pile de protocoles qui est important pour rendre le système plus fiable, mais aussi la conception du point de vue topologie. Ainsi, à travers tous les résultats présentés ci-dessus, nous pouvons justifier pourquoi une organisation de type MIC peut être plus adaptée pour un réseau de capteurs sans fil.