Chapitre 5 Conclusion et perspectives
2. Perspectives
2.2. Perspectives représentant une extension de notre travail
Répartition de trafic
Comme expliqué précédemment, HMC-MAC souffre de problèmes d’accumulation des paquets dans les files d’attente surtout pour les nœuds proches du puits qui ont un grand nombre de descendants. Une piste serait de proposer un mécanisme équitable de répartition de trafic autour des voisins du puits. Cette solution permettrait de réduire les délais de bout-en- bout et les pertes de paquets dus aux débordements de files d’attente pour les nœuds proches du puits et ainsi d’apporter un gain important en termes de débit. Cette perspective a fait l’objet du sujet d’une nouvelle thèse entreprise dans notre équipe.
Plusieurs puits
Dans cette thèse, nous avons considéré qu’il existe un seul puits dans le réseau. Comme montré précédemment, HMC-MAC offre des meilleures performances en termes de la charge offerte au niveau de la couche MAC mais souffre de problème de débordement de files d'attente dû à l’accumulation des paquets dans les files d’attente des nœuds proches de puits. Nous pouvons supposer que HMC-MAC donnera de meilleurs résultats lorsque nous considérons l’existence de plusieurs puits dans le réseau. Cependant, un nouveau protocole de routage et une nouvelle méthode de segmentation du réseau doivent être mis en place. Cet aspect sera traité dans nos travaux futurs.
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Nombre d’interfaces de puits et longueur des paquets
Les protocoles multi-canaux visent à améliorer les performances globales du réseau. Cependant, le débit est souvent limité par la capacité de réception des interfaces de puits. Ainsi, l'utilisation des canaux multiples perd une partie de son intérêt. Il serait intéressant d’évaluer les performances en termes de nombre d’interfaces de puits afin de tester le débit agrégé maximal atteint par notre protocole.
De plus, dans nos simulations nous avons considéré que la longueur des paquets est de 50 octets pour un réseau soumis à une forte charge. D’autres simulations pourraient être envisagées pour évaluer l’impact de la charge et de la longueur des paquets sur les performances des protocoles comparés.
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Liste des abréviations
6LoWPAN: Ipv6 Low power Wireless Personal Area Networks. ... 60
ACK: Acquittement de données. ... 21
AODV: Ad hoc On-demand Distance Vector. ... 50
APL: APplication Layer. ... 48
ASN: Absolute Slot Number. ... 56
BE: Backoff Exponent. ... 23
BFS: Breadth First Search. ... 33
BI: Beacon Interval. ... 21
BLE: Battery Life Extention. ... 25
BO: Beacon Order. ... 22
CAP: Contention Access Period. ... 21
CCA: Clear Channel Assesment. ... 20
CFP: Contention Free Period. ... 21
CH: Cluster Head. ... 32
CPAN: Coordinateur du PAN ... 17
CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance. ... 21
CTS: Clear To Send. ... 72
CW: Contention Window. ... 23
DLL: Data Link Layer. ... 55
DSME: Deterministic and Synchronous Multi-channel Extension. ... 61
EE-MAC: Energy Efficient hybrid MAC. ... 34
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FFD: Full Function Device. ... 17
GACK: Groupe d’accusés de réception. ... 63
GTS: Guaranted Time Slot. ... 21
HMC-MAC: Hybrid Multi-Channel MAC protocol. ... 75
HyMAC: Hybrid MAC protocol. ... 33
IEEE: Institute of Electronics Engineers. ... 17
IFS: Inter Frame Space. ... 21
IPv6: Internet Protocol version 6. ... 60
ISA: International Society of Automation. ... 57
ISM: Industrielle, Scientifique et Médicale. ... 18
LIMOS: Laboratoire d’Informatique, de Modélisation et d’Optimisation des Systèmes. ... 15
LLDN: Low Latency Deterministic Network. ... 61
LMAC: Lightweight Meduim Access Control. ... 38
LQI: Link Quality Indication. ... 19
MAC: Media Access Control. ... 15
MaCARI: Mac pour oCARI. ... 81
MASN: Multichannel Access for Sensor Networks. ... 37
MC-LMAC: Multi-Channel Lightweight MAC protocol. ... 43
MCMAC: Multi-Channel MAC protocol. ... 32
MMSN: Multi-frequency Media Access control for wireless Sensor Network. ... 41
MO: Multiframe Order. ... 61
MODESA: Multichannel Optimized DElay time Slot Assignment. ... 36
MuChMAC: low-overhead MUlti-CHannel MAC protocol. ... 44
NB: Number of Backoffs. ... 23
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NS-2: Netwok Simulator version 2. ... 37
NWK: NetWoK layer. ... 48
OMNeT++.: Objective Modular Network Testbed in C++ ... 33
OSI: Open System Interconnection. ... 55
PAN: Personal Area Network. ... 17
PHY: PHYsical layer. ... 48
RCSF: Réseau de Capteurs Sans Fil. ... 14
RFD: Reduced Function Device. ... 17
RTS: Request To Send. ... 72
SD: Superframe Duration. ... 21
SNCC: Systeme Numérique de Contrôle-Commande ... 54
SO: Superframe Order. ... 22
TDMA: Time Division Multiple Access. ... 31
TFMAC: Time-Frequency MAC protocol. ... 39
TMCP: Tree-based Multi-Channel Protocol. ... 34
TSCH: Time Slotted Channel Hopping. ... 61
TSMP: Time Synchronized Mesh Protocol. ... 35
WFD: WirelessHART Field Device. ... 53
WirelessHART: Wireless Highway Addressable Remote Transducer protocol. ... 53
WPAN: Wireless Personal Area Network... 17
ZC: ZigBee Coordinator. ... 37
ZED: ZigBee End Device... 37
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Annexe
Afin d’étudier le comportement des paquets restants dans les files d’attente, nous avons prolongé le temps de simulation jusqu'à ce que tous les paquets existants dans les files d’attente soient transmis. Dans ces simulations, nous considérons que 16 canaux sont disponibles.
Figure 5.1 Nombre de paquets reçus par le puits après l’arrêt de génération de trafic dans des conditions de dégorgement des files d’attente.
La figure 5.1 présente le nombre de paquets reçus par le puits après l’arrêt de génération de trafic en fonction du taux de génération de paquets. Nous remarquons que ces résultats ont la même allure que ceux obtenus pour le taux de débordement de files d’attentes (voir figure 4.32). Ces résultats montrent que HMC-MAC est capable d’acheminer un nombre important des paquets restants dans les files d’attente par rapport aux autres protocoles.
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Liste des publications
1. Rana Diab, Gérard Chalhoub, and Michel Misson, "Hybrid Multi-Channel MAC Protocol for Wireless Sensor Networks: Interference rate evaluation", in IEEE 78th Vehicular Technology Conference: VTC2013-Fall, Las Vegas, USA, Septembre 2013.
2. Rana Diab, Gérard Chalhoub, and Michel Misson, "Channel Allocation Evaluation for a Multi-Channel MAC Protocol", in IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, PIMRC, London, UK., Septembre 2013. 3. Rana Diab, Gérard Chalhoub, and Michel Misson, "Overview on Multi-Channel
Communications in Wireless Sensor Networks", Special Issue on Network Protocols and Algorithms Surveys and Tutorials ISSN, vol. 5, no. 3, pp. 1943–3581, 2013. 4. Rana Diab, Gérard Chalhoub, and Michel Misson, "Evaluation of a Hybrid Multi-
Channel MAC protocol for Perodic and Burst Traffic", in The 39th IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN), Edmonton, Canada, Septembre 2014 (short paper).
5. Rana Diab, Gérard Chalhoub, and Michel Misson, "Enhanced Multi-Channel MAC protocol for Multi-Hop Wireless Sensor Network", in Wireless Days, Rio de Janeiro, Brésil, Novembre 2014.
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Résumé
L'utilisation des canaux multiples améliore significativement les performances globales des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) en permettant des transmissions parallèles sur plusieurs canaux. Cependant, la mise en place d’un protocole MAC multi-canal dans un réseau multi- sauts nécessite une méthode efficace d’allocation des canaux pour permettre une coordination entre les nœuds afin de partager les canaux disponibles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’un protocole MAC multi-canal qui répond aux exigences des applications de collecte de données à haut débit dans un réseau multi-saut. Pour ce faire, nous abordons d’abord les principales façons d’utiliser plusieurs canaux pour réaliser le partage du médium. Ensuite, nous proposons un protocole MAC multi-canal, répondant aux exigences des RCSF à haut débit, qui combine les trois techniques TDMA, CSMA et FDMA. En effet, nous utilisons une nouvelle méthode d’allocation des canaux qui permet aux nœuds de choisir le canal de réception le plus convenable dans leurs voisinages jusqu’à 3-sauts d’une façon distribuée afin de minimiser les effets des interférences et des collisions. Enfin, nous évaluons par simulation les performances de notre protocole et nous le comparons à d’autres protocoles proposés dans la littérature. Les résultats obtenus montrent l’efficacité de notre proposition dans les différents scenarios étudiés.
Mots clés : réseaux de capteurs sans fil, protocole MAC, multi-canal, multi-saut.
Abstract
The use of multi-channel significantly improves the overall network performance of wireless sensor networks (WSNs) by allowing parallel transmissions over multiple channels. However, the design of a multi-channel MAC protocol in a multi-hop network requires an efficient channel allocation method that allows the coordination between the nodes in order to share available channels. In this thesis, we focus on the conception of a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data collection applications in a multi-hop network. In order to achieve this goal, we first present the main techniques to use multiple channels to realize medium access sharing. Then, we propose a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data rate WSNs, which combines three techniques TDMA, FDMA and CSMA. Indeed, we use a new channel assignment method that enables nodes to choose the most convenient channel in their 3-hop neighborhood in a distributed manner in order to minimize the effects of interferences and collisions. Finally, we evaluate by simulation the performance of our protocol and we compare it to other protocols proposed in the literature. The results show the efficiency of our proposition in the different studied scenarios.