L’implémentation de notre solution

Pour tester le comportement et les performances de l’architecture Hybride 1588- PBS Directif, nous avons utilisé et étendu le simulateur NS-2.

Le simulateur NS-2 offre un modèle de couche physique général, utilisé par tous les protocoles pour les réseaux sans fil, basé sur les antennes omnidirectionnelles. Nous avons donc besoin d’adapter la fonctionnalité de ce niveau { notre modèle d’antennes. Par conséquent, nous avons fait des changements pour le mode de transmission et de réception. Le niveau physique remplit également la fonction de synchronisation des horloges pour tous les éléments du réseau (Figure IV.11).

Figure IV.11 La pile de protocoles utilisés pour la synchronisation 1588-PBS hybride.

118 IV.5 Conclusion

Ce schéma présenté ci-dessus (Figure IV.11) correspond { l’architecture du protocole de synchronisation 1588-PBS hybride. La couche MAC-TDMA, gère les nouvelles fonctionnalités suivantes:

 La commutation entre les cinq antennes (les antennes directionnelles et l’antenne isotrope) selon la position du nœud destination et le type de trafic (broadcast ou autre type de trafic);

 L’enregistrement de la position des nœuds voisins ou de l’angle d’arrivée (AOA) des paquets, ce qui est essentiel pour choisir l’antenne de transmission appropriée;  La mobilité des éléments

Nous allons maintenant expliquer le mécanisme de transmission et de réception qui assure la connectivité:

 Pour chaque paquet transmis vers le nœud x, la couche MAC contrôles si l’AOA a déj{ été enregistré pour le nœud X. Si l’angle d’arrivée est présent, la couche MAC informe la couche Physique pour effectuer l’activation de l’antenne correspondante et, en conséquence, pour la transmission de paquet. Sinon, la couche MAC informe la couche Physique d’activer l’antenne isotrope et de désactiver toutes les autres antennes (le cas de transmission en broadcast).

 Pour chaque paquet reçu, la couche MAC enregistre dans un champ les informations [l’adresse source, l’antenne de réception], ce qui est important car cela permet au niveau MAC de choisir directement l’antenne d’émission correspondante.

 Les messages qui permettent la mise à jour de la table sont notamment ceux qui sont envoyés en mode diffusion (broadcast) (c’est-à-dire le sync_message, le follow_up, le delay_request (Figure III.6).

 La nouvelle couche MAC est capable de détecter les changements dans la position d’un nœud voisin ({ savoir la nouvelle orientation dans l’espace). Elle intègre une fonction qui est chargée de mettre à jour le champ qui contient les directions des voisins (le champ est validé ou pas), en envoyant régulièrement des messages spécifiques uniquement en mode broadcast { travers l’antenne isotrope. Pour éviter la surcharge inutile du trafic, nous avons intégré ce service dans des messages de contrôle spécifiques du réseau.

IV.5 Conclusion

Dans l’optique d’améliorer les performances du système, nous avons proposé un modèle d’antennes directionnelles qui, à part les avantages d’une bonne couverture, d’une bonne connectivité, d’une réduction des interférences et des retards, etc., manifeste la capacité de prolonger la durée de vie du système.

Notre travail a été motivé par les études existantes ainsi que par notre application réelle, qui consiste à étudier les effets de l’utilisation de ces antennes dans la méthode TDMA, pour la conception d’une architecture inter-couches dédiée aux réseaux de capteurs. Cette phase de simulation est une condition préalable pour la réalisation d’un prototype, et pour la mise en œuvre de nos propositions dans le cadre d’un prototype réel.

Il a été discuté précédemment et il va être montré dans le chapitre des simulations que notre modèle d’antenne directionnelle est conçu de façon à être efficace en termes de couverture, de connectivité, d’économies d’énergie et même en termes de coûts de fabrication.

Dans ce chapitre, nous avons proposé un modèle d’antennes directionnelle que nous avons intégré dans le contrôle d’accès au medium TDMA. Cela implique également une adaptation pour d’autres protocoles de la pile de communication, à savoir : la couche Physique, Transport, Canal de transmission et le modèle d‘Energie. Nous avons intégré dans le simulateur NS-2 la configuration de notre réseau et les modifications nécessaires pour pouvoir tester le nouveau protocole Directionnal MAC -TDMA.

Dans le dernier, chapitre nous allons donc présenter les résultats concernant les propositions pour l’optimisation de notre système, ainsi que les différents tests et mesures qui ont été effectués.

120

V SIMULATIONS ET EXPERIMENTATIONS

V.1 Introduction ... 120 V.2 Topologie : choix et validation ... 121

V.2.1 Objectif : déterminer la meilleure topologie du système ... 122 V.2.2 Intégration des interfaces multiples... 123

La précision de la synchronisation ... 125 Les délais de transmission ... 126 Évaluation de la consommation d’énergie... 127

V.2.3 Synthèse ... 128

V.3 La synchronisation vs. l’économie d’énergie ... 128

V.3.1 Evaluation des solutions existantes ... 129

Etude 1 : connexion filaire ... 131 Etude 2 : connexion sans fil (WiMedia) ... 134 Traitement Matlab (filaire et sans fil) ... 135 Application 1588 (filaire et sans fil)... 137

V.3.2 Notre proposition de synchronisation. Analyse comparative des performances ... 139 V.3.3 Conclusion ... 143

V.4 La directivité des antennes vs. l’économie d’énergie ... 143

V.4.1 Analyse comparative des performances ... 143

L’impact sur la précision de la synchronisation ... 143 Evaluation de la consommation d’énergie du système ... 144

V.4.2 Conclusion ... 147

V.5 Synthèse générale ... 147

Dans ce chapitre, nous allons exposer l’ensemble d’expérimentations (matérielles) et des simulations (réalisées avec le logiciel de simulation de réseaux NS-2) que nous avons réalisées, dans le but de valider : le choix de la topologie réseau du système, la solution proposée pour la synchronisation et le modèle des antennes directives. L’intérêt de cette partie est de montrer le mode de fonctionnement de notre système dans différentes conditions et d’évaluer les solutions proposées pour notre réseau d’instrumentation et de mesures, qui permettront de mieux traiter les contraintes en terme de précision de synchronisation et de gestion d’énergie de notre application.

V.1

Introduction

Le premier objectif de nos travaux a été de proposer l’architecture de communication la mieux adaptée pour un contexte de réseaux de capteurs sans fil. Ainsi, le processus de conception a commencé avec la proposition de la topologie, qui dans notre

application SACER est composée de plusieurs niveaux de communication, pour être en mesure d’atteindre les dispositifs les plus éloignés.

Pour résoudre les problèmes le plus contraignants du projet, la précision de la synchronisation (avec les paramètres associés comme le Clock Synchronization Precision, ou le CSP) et la gestion d’énergie, nous avons proposé des solutions qui peuvent être très bien intégrées dans notre contexte applicatif.

Par conséquent, nous devons être capables d’assurer une très bonne couverture et connectivité du réseau, une très bonne précision de la synchronisation, tout en proposant des stratégies pour économiser l’énergie, qui est une spécification primordiale pour prolonger la durée de vie du système. Ces travaux, ainsi que les résultats associés vont être présentés par la suite de ce chapitre.