Notre proposition de synchronisation. Analyse comparative des performances

comparative des performances

Etant donnés les résultats obtenus dans les campagnes de tests présentées auparavant, et compte tenu de l’analyse des protocoles de synchronisation proposés aujourd’hui dans la littérature, analyse réalisée dans la section I.3.2.2, nous avons conclu qu’aucune des solutions existantes n’est adaptée pour les contraintes de notre application. Donc, nous avons décidé de concevoir un nouveau protocole de synchronisation.

Ainsi, notre proposition est basée sur l’extension d’IEEE-1588 et du protocole PBS, algorithme que nous avons présenté dans le chapitre III. Nous rappelons ci-dessous (Figure V.22) le fonctionnement de notre protocole, l’IEEE1588-PBS hybride, pour un groupe réduit { seulement 3 nœuds :

Figure V.22 Topologie réseau et fonctionnement du l’IEEE1588-PBS hybride. Dans un tel groupe, le nœud maître (M) et le nœud esclave (S) se synchronisent en utilisant l’algorithme d’IEEE-1588, temps que le troisième nœud (X) va utiliser la synchronisation déjà établie entre le maître et l’esclave en écoutant les messages échangés (comme dans l’hypothèse du protocole PBS). Celle-ci va permettre au nœud X de synchroniser son horloge interne avec celle du nœud M.

Nous présentons ainsi dans la section suivante une analyse comparative entre les performances de notre protocole IEEE1588-PBS hybride et du standard IEEE-1588 obtenue

après l’implémentation des protocoles dans le simulateur de réseau NS-2. Les critères pris en compte dans cette évaluation sont les suivants:

 La précision de la synchronisation ;

 La consommation d’énergie;

 Le nombre de messages de synchronisation.

Pour vérifier et valider le comportement et les performances de la nouvelle proposition, il faut tout d’abord spécifier les principaux paramétrages considérés dans notre évaluation.

Ainsi, nous avons lancé le mécanisme de synchronisation pour le deuxième niveau (Routeurs-Nœuds) quelques secondes après le premier niveau (Concentrateur-Routeurs), ce qui va permettre aux éléments du Niveau 1 d’être déj{ synchrones. Par conséquent, les nœuds pourront corriger leur horloge interne en prenant comme référence l’horloge des routeurs qui sont déjà synchronisés.

Nous avons déjà mentionné que dans un WSN, pour obtenir une bonne précision de la synchronisation, il est nécessaire que l’horloge interne soit contrôlée par un oscillateur à cristal de compensation en température (TCXO à 37.5 Mhz [53]), qui peut avoir une tolérance en fréquence de 1,5 ppm, permettant de réduire le taux de la dérive d’horloge. Ainsi, dans notre simulation, l’horloge interne de chaque nœud du réseau a été implémentée avec une dérive de 1,5 microseconde par seconde.

Pour obtenir des meilleures performances, et pour pouvoir comparer notre protocole avec la norme IEEE-1588, nous avons décidé d’horodater les messages de synchronisation au niveau de la couche physique. Ces informations seront ensuite utilisées dans l’algorithme de synchronisation au niveau de la couche applicative.

V.3.2.1 La précision de la synchronisation

Nous avons effectué des simulations pour l’ensemble du réseau (un concentrateur, 8 routeurs et 64 nœuds) (Figure V.23). Du fait que l’organisation de notre système soit hiérarchique, le comportement d’un sous-groupe (un concentrateur, un routeur et huit nœuds) est similaire à celui de tous les autres sous-groupes. Ainsi, nous allons présenter par la suite des résultats de simulations qui concernent un tel sous-groupe d’éléments.

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

Par conséquent, dans la Figure V.24 nous avons représenté la précision de la synchronisation pour le Niveau 1 de communication (Concentrateur - Routeurs), qui est de l’ordre de la centaine de nanosecondes. Nous rajoutons que, pendant toute la durée de simulation, les éléments du système restent synchronisés à un niveau élevé, entre 50 et 290ns.

Figure V.24 La synchronisation entre C <-> Rs pour l’IEEE1588-PBS hybride. De plus, il faut mentionner que les performances trouvées dans la littérature pour le protocole IEEE-1588 sur une liaison sans fil (~200ns) sont en accord avec nos résultats, ce qui s’explique par le fait que nous avons respecté l’implémentation de l’algorithme de synchronisation, et les mêmes conditions de fonctionnement.

En ce qui concerne le Niveau 2 de communication (Routeurs - Nœuds), nous constatons que pour la paire Routeur-Node1588, la précision de la synchronisation a une valeur moyenne de 180 ns et que pour les paires Routeur-NodePBSs la valeur varie entre 5μs et 600 ns (Figure V.25).

Nous constatons que les résultats obtenus pour la paire Routeur-Node1588 sont comparables avec les performances du standard IEEE-1588 (~200ns). Nous tenons aussi à préciser que la synchronisation globale du réseau est accomplie après environ 20 secondes du début de la simulation, ce qui s’explique par le fait que la synchronisation du deuxième niveau de communication et dépendante de l’état de synchronisation du premier niveau.

Par conséquent, nous montrons par ces résultats que la précision de la synchronisation obtenue pour notre protocole est très proche de meilleures performances trouvées dans la littérature.

V.3.2.2 Evaluation de la consommation d’énergie

Par la suite, nous nous intéressons à l’analyse de la consommation d’énergie dans notre système, et plus précisément à la consommation des nœuds capteurs. Pour s’approcher au plus près de conditions réelles, nous avons utilisé les mêmes paramètres de consommation énergétique que avant (l’énergie initiale d’un nœud de 2700J, l’énergie consommée pour envoyer un message de 7mW et pour recevoir un message de 4.5mW).

Nous avons analysé la différence entre la consommation d’énergie pour les deux protocoles étudiés (l’IEEE-1588 et l’IEEE1588-PBS hybride). Ainsi, la Figure V.26 montre que la durée de vie de la batterie d’un nœud PBS est prolongée avec 75% par rapport à la batterie d’un nœud 1588. Cette différence est directement liée au nombre de messages envoyés et reçus par chaque nœuds pour réaliser la synchronisation.

Figure V.26 La consommation d’énergie pour les nœuds du réseau.

Par conséquent, nous avons calculé (Tableau V.2) le nombre de messages de synchronisation utilisés par les deux protocoles analysés:

Protocoles Nombre de messages

Niveau C<->Rs Niveau Rs<->Ns IEEE1588-PBS hybride 120messages/cycle 24messages/cycle

IEEE1588 120messages/cycle 1024messages/cycle