L’énergie est une ressource précieuse dans les réseaux de capteurs, cela est dû au fait que les capteurs sont généralement déployés dans des zones hostiles, où il est difficile de changer la batterie ou le capteur. Et comme la source principale de surconsommation d’énergie se produit au cours de la communication, et que la sous-couche MAC est responsable de la gestion de l’accès au médium radio, nous avons jugé utile de donner un aperçu sur les différents types de protocoles de cette couche là, qui essayent chacun à sa manière de gérer les problèmes de surconsomma- tion d’énergie.
Nous distinguons principalement deux types de protocoles MAC : ordon- nancés et basés sur la contention[73].
3.5.1
Les Protocoles ordonnancés
En évitant les collisions et l’écoute abusive, ces protocoles sont jugés être efficaces en consommation énergétique. Ils opèrent généralement, sur la base d’une structure de clusters, et ne permettent pas les com- munications pair à pair. Entre les clusters, la communication utilise les approches TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Media Access) et CDMA(Code Division Media Access). Vu leur mode opératoire, les approches FDMA et CDMA évitent les collisions mais consomment plus d’énergie que TDMA[85] qui essaie d’optimiser le pro- cédé d’attribution des slots dans le but de minimiser la consommation de l’énergie. L’incovénient de ces approches réside dans le fait qu’elles s’adaptent difficilement au passage à l’échelle et au changements de la topologie[73].
D’autres protocoles MAC ont été proposées dans cette direction, pour remédier aux limites des approches TDMA, FDMA et CDMA. Parmi ces techniques : SMACS (Self-organizing Medium Access Control for Sensor Networks) et EAR (Eavesdrop And Register)[73].
SMACS a été proposé par Sohrabi et Pottie [89] pour organiser le réseau. SMACS utilise une méthode combinant TDMA et FDMA pour accéder au canal. Dans cette méthode, les nœuds voisins choisissent aléatoirement un slot de temps et une fréquence qui définit un lien.
EAR proposé par Sohrabi et al.[88] opère autrement en intégrant les nœuds mobiles dans ce mécanisme. Une table des voisins stockée au niveau de chaque nœud et un autre message d’échange pour mettre à jour la topologie.
En pratique, ces deux protocoles sont très utiles quand la transmission périodique de l’information nécessite la maintenance continuelle du ré- seau. Mais, ils exigent un overhead important pour construire le back- bone, et la bande passante n’est pas bien exploitée[73].
3.5.2
Les Protocoles basés sur la contention
Les protocoles basés sur la contention sont plus flexibles en s’adaptant plus facilement au changement de la topologie. Ils permettent la commu- nication pair-à-pair sans exiger de synchronisation. Le problème qui est posé, est que souvent, ils n’utilisent pas efficacement les ressources à cause des collisions et de l’écoute abusive[73]. Plusieurs protocoles basés sur la contention existent :
S-MAC (Sensor MAC)[91] est un protocole comparable au protocole 802.11. Il utilise la méthode d’accès au médium CSMA/CA RTS/CTS (Request-To-Send, Clear-To-Send) qui évite les collisions et le problème du nœud caché[73]. La principale nouveauté apportée par ce protocole, est le mécanisme qu’il utilise pour la conservation énergétique. S-MAC définit un système de mise en veille distribué pour chaque nœud. Vu ce mode opératoire (Réveil/Sommeil) des nœuds, Il est difficile de faire une synchronisation de telle sorte que la communication soit toujours pos- sible. Pour réaliser la synchronisation, S-MAC définit une frame compo- sée d’une période de sommeil et d’une période d’éveil. Si la période d’éveil se termine alors que le nœud est toujours en train de faire la transmission des données n’est pas achevée, le nœud ne se mettra au sommeil que lors- qu’il aura terminé sa transmission. S-MAC est beaucoup plus adapté au systèmes d’alerte dans lesquels les applications ont de longues périodes d’inactivité et peuvent tolérer la latence. Son objectif est la conservation de l’énergie, au détriment des autres critères de performance[73].
Le protocole T-MAC (Timeout MAC)[90] est considéré comme une amé- lioration de S-MAC. Globalement T-MAC utilise le mécanisme RTS/CTS et se réveille périodiquement pour communiquer avec ses voisins[73] ; cela est réalisé de la manière suivante : chaque noeud écoute le canal radio, et il ne transmet que s’il est dans la période active. Pour un noeud la période active se termine, si au bout d’un certain temps TA aucun évè- nement d’activation ne se produit tel que la réception des données sur le canal. Pour se synchroniser avec ses voisins, chaque nœud en se ré- veillant écoute le canal, s’il reçoit un paquet SYNC de l’un de ses voisins, il suivra l’ordonnancement indiqué dans le paquet, et sur la base duquel il transmettra son propre paquet SYNC [73], alors que si en se réveillant, il ne reçoit aucun paquet SYNC, il choisit lui même un ordonnancement, et il le transmet sur le canal via un paquet SYNC [73]. Dans le cas où le nœud reçoit deux ordonnancements à la fois de deux voisins qui ne sont pas voisins entre eux, il alertera l’émetteur du premier ordonnancement reçu. La présence de deux ordonnancements permettra au nœud de s’ac- tiver à la fin de chacune des deux frames. Un nœud ne devra commencer une transmission de données qu’au début de sa période active. Par suite, tous ses voisins se réveilleront suite à cet ordonnancement et seront prêts à recevoir le message[73]. Cependant, les performances de T-MAC se dé-
gradent quand le trafic est unidirectionnel, par exemple quand seulement les capteurs remontent leurs données collectées à la station de base.[73]
DSMAC (S-MAC dynamique)[86] est peu différent de S-MAC, en ajou- tant un cycle dynamique à S-MAC. Cette façon de faire permet de réduire la latence dans les applications critiques. Par exemple, un nœud peut doubler son cycle d’activité si le niveau de sa batterie est au-dessus d’un certain seuil[73]. DSMAC génère une latence inférieure à celle de S-MAC avec une meilleure moyenne de consommation d’énergie par paquet[73].
B-MAC (Berkeley MAC)[87] a été développé par l’université de Berke- ley pour les capteurs compatibles ZigBee. Il se base sur deux principes : l’analyse du bruit sur le canal et l’écoute basse consommation d’éner- gie. Ainsi, un nœud voulant transmettre des données devrait écouter le canal. Si le canal est libre, il devra émettre au début un préambule[73]. Les nœuds sont souvent dans l’état "sommeil" et ils se réveilleront à des intervalles réguliers. A leur réveil, ils écouteront le canal s’il y a du bruit, cela signifie qu’il y a des données qui vont arriver sinon ils retourneront à l’état sommeil[73]. Le principal avantage du B-MAC est qu’il ne né- cessite pas de synchronisation entre les nœuds. Cependant, l’utilisation de préambule avant tout envoi pourrait avoir des conséquences sur la consommation d’énergie[73].