Dans ce paragraphe nous présentons les résultats de simulation obtenus avec CLPM-ATPC dans le cas d’un noeud mobile se déplaçant à vitesse constante selon le modèle discuté en section
5.4. Dans la suite nous considérons cinq valeurs de vitesse (v) pour le noeud mobile : 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 et 0.5 m/s.
Les résultats de simulation sont résumés dans la Table5.3.
Table 5.3: Résultats de simulation de CLPM-ATPC
v Ec Nt Nr PRR Drt Drr Eu Fbb [m/s] [µJ] [bits/s] [bits/s] [µJ] 0.1 404.143 2000 1422 0.711 264 187.7 0.284 25 Fbbr > Fbbv 0.2 405.727 2000 1339 0.669 264 176.74 0.303 32 Fbbr > Fbbv 0.3 380.496 2000 1050 0.525 264 138.6 0.362 86 Fbbr < Fbbv 0.4 317.409 2000 281 0.14 264 37.09 1.129 163 Fbbr < Fbbv 0.5 301.41 2000 250 0.125 264 33 1.2 165 Fbbr < Fbbv
On observe que l’énergie consommée par paquet reçu (Eu) augmente avec la vitesse de dé-
placement du mobile. Au contraire, l’énergie totale (Ec) diminue. Ces résultats, apparemment
contradictoires, sont liés à la réactivité et au nombre de décrochage de la boucle de contrôle. En augmentant la vitesse du mobile, les décisions prises par ATPC sont de plus en plus en retard de phase par rapport à la position du noeud et donc par rapport à la puissance d’émission qui serait réellement nécessaire pour respecter le set point (RSSIt). Le point critique de la vitesse de
déplacement se situe entre 0.3 et 0.4 m/s. Les performances se dégradent légèrement en passant de 0.2 à 0.3 m/s pour ensuite baisser brusquement à 0.4 m/s. Dans ce cas, la boucle de contrôle n’est jamais vraiment en mesure de suivre les déplacements du noeud et le système fonctionne quasiment tout le temps en boucle ouverte.
Afin de mieux illustrer ces résultats, on analyse le comportement du système pour une vitesse du noeud mobile de 0.1 m/s et de 0.5 m/s, ce qui correspond aux vitesses minimale et maximale considérées dans cette étude. La Figure 5.11 montre le nombre de paquets reçus par slot et la valeur relative de puissance d’émission utilisée par ATPC pour une vitesse du noeud mobile de 0.1 m/s. Comme on peut l’observer, ATPC réussit à contrôler, de façon efficace, la puissance d’émission en fonction de la position du noeud mobile. Lorsque ce dernier se rapproche de la station de base, ATPC baisse la puissance d’émission tout en gardant un taux de paquets reçus élevé. Par contre, si le noeud est hors de portée le taux de paquets reçus par slot tombe à 0 (par exemple l’intervalle située à environ 300 secondes). La boucle de contrôle a correctement choisi
Ptxà 1 dBm, mais les noeuds sont hors de portée et aucune communication n’est possible à cette
distance.
-10 -5 0 5 10 0 500 1000 1500 2000
Received Packets and Tx Power [dBm]
time [sec]
Received Packet Tx Power [dBm]
Figure5.11: Puissance d’émission et nombre de paquets reçus par slot pour une vitesse du mobile de 0.1 m/s. -20 -15 -10 -5 0 5 10 0 500 1000 1500 2000
Received Packets and Tx Power [dBm]
time [sec]
Received Packet Tx Power [dBm]
Figure5.12: Puissance d’émission et nombre de paquets reçus par slot pour une vitesse du mobile de 0.5 m/s.
ATPC ne réussit pas à suivre le déplacement du mobile et donc à contrôler la puissance d’émis- sion de façon efficace. Après environ 100 secondes, la boucle de contrôle décroche, la puissance d’émission reste bloquée à -16 dBm et il n’y a plus de réception. En fait le noeud mobile ne reçoit
plus aucun paquet de contrôle (feedback) de la station de base et il est donc incapable de remettre à jour la loi de contrôle. Le phénomène de décrochage de la boucle de contrôle est clairement visible sur les figures 5.13a et5.13b, où l’on observe la variation temporelle du paramètre bi et
donc du modèle utilisé par la loi de contrôle pour déterminer la puissance d’émission.
-115 -110 -105 -100 -95 -90 -85 -80 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 bi coefficient value [dBm] time [sec]
(a) Variation du coefficient bi pour une vitesse du
noeud mobile de 0.1 m/s. -120 -110 -100 -90 -80 -70 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 bi coefficient value [dBm] time [sec]
(b) Variation du coefficient bi pour une vitesse du
noeud mobile de 0.5 m/s.
Figure 5.13: Mise à jour de la loi de contrôle pour deux vitesses du noeud mobile.
Sur la figure 5.13aon peut observer la variation du coefficient bi pour une vitesse du noeud
mobile de 0.1 m/s. Dans ce cas, bi varie de façon quasi continue en fonction de la position du
mobile. Lorsque le noeud mobile se rapproche de la station de base, bi augmente. Au contraire
il diminue lorsque la distance entre le noeud mobile et la station de base augmente. La courbe a une allure continue, car le noeud mobile reçoit régulièrement les paquets de contrôle de la station de base, ce qui lui permet de remettre à jour sa loi de contrôle et d’estimer correctement l’état du canal de communication.
La figure5.13bmontre l’évolution de bipour une vitesse du noeud mobile de 0.5 m/s. Dans ce
cas la courbe présente de nombreuses discontinuités. Le noeud mobile réussit à estimer l’état du canal de communication jusqu’à environ 100 secondes. Par la suite, il perd le lien avec la station de base et est incapable de remettre à jour correctement la loi de contrôle. Il ne peut donc pas choisir une puissance d’émission optimale comme le montre la figure5.12. Un exemple de scénario qui provoque le décrochage de la boucle de contrôle est montré en figure 5.14. d représente la distance entre le noeud mobile et la station de base, Ptx est la puissance d’émission et RX est
un flag égal à 1 en cas de réception du paquet de feedback, à 0 sinon. La mise à jour du modèle de canal de communication est marquée avec des •. Au fur et à mesure que le noeud mobile s’approche de la station de base (points (1) et (2) sur la figure 5.14), l’atténuation du canal de communication diminue et ainsi le coefficient bi augmente. ATPC décide donc légitimement
de baisser la puissance d’émission afin de réduire la consommation d’énergie. Or, la puissance d’émission choisi au point (2) n’est pas suffisante pour assurer la communication lorsque le noeud atteint le point (3). A cet instant, le ED ne reçoit pas de retour de niveau de puissance (RSSI)
Ptx [dBm] d [m] bi [dBm] (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) RX true false t [sec] t [sec] t [sec] t [sec]
Figure 5.14: Scénario d’exemple qui produit un décrochage de la boucle de contrôle.
de la part de la station de base, le modèle de canal ne peut plus être mis à jour et la puissance d’émission reste bloquée jusqu’à ce que le noeud mobile soit séparé de la station de base d’une distance supérieure ou égale à la distance du point (3).
Une solution triviale à ce problème consiste à diminuer la période de réveil, Twi, afin de
rendre le système plus réactif. Cette solution présente néanmoins plusieurs inconvénients. En augmentant Twi, le noeud ne fonctionne plus forcément en équilibre énergétique, ce qui n’est pas
acceptable car notre objectif est d’assurer un fonctionnement neutre en énergie. De plus, dans le cadre de ce travail, le modèle de prédiction de l’état de charge de la batterie a été validé pour une période de réveil supérieure ou égale à Twi,min= 1s montrée en table4.3.
Afin de remédier à ce problème de décrochage de la boucle de contrôle, nous proposerons dans le paragraphe suivant une architecture modifiée de ATPC appelée Predictive-Transmission-
Power-Control (PTPC). Cette architecture tente de prédire l’évolution du canal de communica-
tion lorsqu’il n’est plus possible de communiquer directement avec la station de base.