i Institute for coe — Infocomm Research Institut de la Francophonie A*STAR pour l*Informatique TappOri de Stage Master OphiOn : 'éseaux et systemes cCOmmunicants Sujet : DéplOiement efficace de réseaux de capteurs Etudiant : Sup éev iseue: cheikh Msacke Dr. Tan hwee Pink Thiam 2011 - 2013 Déploiement efficace de réseaux de capteurs Tables des malières 1 Innlr0ducCHUA.---- << so 5 co co c co 555 52555555 555 535 6s esesses se 1.0000008006007 4 12 Én0ncé du pr0blème 1.4 _ 0rganisaliÚn du rapÐĐTÌ.50040 0080 8 2 Elak de Part.1 Ouverture ek COMMECHVILE.2 Mécanismes de pr0pagali0n du sigral raa(Ï().- 5 5 5 55 =5 se se ssssseeseeeeeesese 11 3 Implémenlali0n de SmarlP]()y .--- << =< < s5s5< sesss sees«sesse 4.1 Pr0cédure ØÉHérÏQU©.2 _ M0délisali0n s†alislique de la puissance du SỈØ11AÌ .1 c0llecH0n de d0nnées sur la puissance du signal 4.2 Analyse Temp0relle.3 M0délisali0n s†alislique du phén0mène phySỈQU© .1 c0llecli0n des đÚnmées de b.2 Analyse lemp(T€ÌÏe. 010901001 g0 37 5 c0nclusi0n el Perspe€ÏVS.4 IFI & Page 1 Déploiement efficace de réseaux de capteurs IFI & Page 2 Déploiement efficace de réseaux de capteurs Tables iIluslrali0ns Figuze 1: MOtifs 2éguliezs (gauche) & Dépl0iement avec Ovstacles (ddeÖiÏe).- 5-52 + <+s5<++ 9 Figuze 2 : TeiangulatiOn de ÏD€ÏMHđV.- - - + - - + SE E*EEE*E$E*VESE*EEkEEESEEkEEkEEkEk TT, 10 Figuee 3 : Méœnismes de pe(oagaliÚH (ÌU SiØTđÏ,. 5 SE ESESEE+EESEEekEeEerereererrerererree 12 Figuee 4 : @niguaaln el LAHCCHI€HÏ S€ØV-Ê HH.
ó1 %E1EE8E*EEEEESEEEESEESESEEkEEkEkkrkkrkrrkrkkrkrree 14 Figuae 5 : LUuiil SmaelPlV sdfiš Ï $€2V'€MZ.- +: << k8 SE *EÉE*EEEEESEEEEEEEESEEEEEEEEEkrkrkrkrkrkre 15 Figuze 6 : Inleaface uHlisaleue p0ue ŒOnfiguedliÚH. 5 + + 65s S£ St E$E*kEkEEEeEkEskekrkrrrskrkrkrre 16 Figuee 7 : Affichage đÏHHI€ ŒKIGÏ@. 5 S939 E SE kg TT TT Tàn TH nhà Hà 17 [3/327 0802⁄/1/12. 18 Figuae 9 : œpluee des Imessages đe CHdÏ,.
--- + + << kE SE H HT rHig 19 Figuae 10 : Synœ0nisal0n enle Téléph0nes de SimaelPÚVy. 22 Figuee 12 : Inlezafa( p0ue enY0yee Ou 2ecev0ie des d0nnées. Figuae 13 : @mmuniqi0n dans SmaetPl0y. Figuee 14 : Pz0œssus pOue la mise en place d'un m0dèle.
Figuee 15 : @lledi0n de dOnnées dans une zOne sans Ovstades. Figuze 16 : @lledi0n de dOnnées autOue d'une 20ute. Figuee 17 : I'SSI sue Distance, en zOne sans Ovstacles. Figuze 18 : ‘SSI suz Distance autOue d'une 20ute.32 Figuze 19 : DégzessiOn vees la MOYCnne.
- 2S E*EEE*E$E*EEEEEEEESE TT HT TT ri 33 Figuze 20 : COmpazaisOn ave€ la de'siẾ ØISSÌ€HITI. +5 <E* St E$E*+EESEeEEkESEekekrkrkrkrkrre 34 Figuze 21 : Analyse đdes 2Ế([I€TI€€S. - - << tk TT KT TH HT HT TT HH HH 36 [/›120220. 36 Figuze 23 : COllectiOn de dOnnées đê bêHÏ,.
+5: << SE *E*E$E*EÉE*EEEEESEEEEEEEEkEkEEEEkEkrkrkrkrkrkre 37 Figuze 24 : Times sezies pOue Ì'MWHÏiS@Ï@€H2 Ì,. 5 << <3 SE *ESESEEEEESEEEEEESkEkEEEEkEkrkrkrkrkrre 38 IFI & Page 3 Déploiement efficace de réseaux de capteurs IFI & Page 4 Déploiement efficace de réseaux de capteurs Tésumé Le dépl0iement de nmceuds dans um réseau de capteurs est ume queshOn trés impOrtante et n0n mégligeable dams les réseaux de capteurs sams fil (WSII). Le plam de dépl0iement délermine le m0mpre de capteurs qui est mécessaire dans la régiOn d’intérét, ainsi que l'emplacement exact de chacun de ces capteurs. Un grand n0mpre de capteurs peut généralement étre utilisé pOur fOurnir um plus grand degré de redOndance dans la zOne d’imtérét, mais cela peut cOnduire 4 une augmenlali0n du c0ôi gl0sal de dépl0iememt du réseau de capteurs, d’Ov la nécessité de |’ Optimiser.
Un s0n plan de dépl0iement dOit satisfaire a la f0is la demande et les exigemces du réseau - tels que la cOuverture et la cOmnectivité des noeuds dans le réseau. En Outre, il cOnvient de tenir en cOmpte Ihélér0généié des lypes de nœuds dans le réseau, ainsi que la variabililé de l'envirOnmement physique dams lequel les nceuds sOnt dépl0yés. Par exemple, dans um envirOnmement urpain 00 les patiments, les vOitures, les arbres sOnt présemts, il existe de mOmpreuses interférences de l'envirOnnement qui peuvemt affecter la pOriée de la cCOmmunicahOn et dOnc la cOmnectivilé des capteurs. Dans ce travail, n0us dévelOppOns d'abOrd un Outil d'amalyse de site, qui m0us permet d'acquérir efficacement des dOmnées sur l'envirOnmement physique - cCOmme la qualité du signal radi0 et le phén0mène a Observer cOmme le sruit.
Tl0us appellerOns cet Outil SmartPl0y. Ensuite nm0us passOms 4 une étape de cOllecliOn de dOnnées. ces dOmnées servirOns 4 cOnstruire des m0dèles statistiques qui devrOnt étre ensuite utilisés pOur améliOrer et Optimiser le plan de dépl0iement de capleurs, prenani en cOmpte ainsi les différentes cOmtraintes physiques, et envirOnmementales qui existent dams um milieu ursain. IFI & Page 5 Déploiement efficace de réseaux de capteurs IFI & Page 6 Déploiement efficace de réseaux de capteurs 1 Inlr0ducH0n Un réseau de capteurs sams fil (WSITI) est cOmpOsé d'un grand nOmpre de noeuds servant a surveiller les phén0ménes physiques - cOmme la température, le sOn et la pressiOn - et de transmettre les dOmmées détectées par le réseau 4 um serveur situé dams le backend (arriére plam).
Le réseau de capteurs sans fil a été mOtivé par les applicatiOns militaires telles que la surveillance de champ de balailles. cependant, ces réseaux sOnt également utilisés aujOurd'hui dans de 10mbreuses applicatiOns industrielles et grand punlic - cOmme la surveillance industrielle, la surveillance envirOnnementale et le suivi agricOle. Le dépl0iement de moeuds est un facteur impOrtamt dans les réseaux de capteurs [5] et il peut étre fait de mamiére aléatOire Ou déterministe. Dans les zOnes ursaines, le dépl0iement est généralement déterministe puisque les moeuds sOmt généralement statiques, et un dépl0iement détermimiste permet de placer efficacement les nceuds afin d'Optimiser la durée de vie du réseau.
cOmpte lenu de I'hétérOgénéité des types de noeuds dams le réseau, ainsi que la varlabillé de l'envirOnnement physique dats lequel les nceuds sOmt dépl0yés, le déplOiement Optimal est sOuvent um pr0sléme difficile 4 résOudre. Le plam de dépl0iement détermine le n0mpre de capteurs qui sOmt mécessaires dans la régiOn d’imtérét, ainsi que l'emplacememt exact de chacun de d’eux. En milieu urbain, le dépl0iement est sOuvent une lâche lanOrieuse et difficile, car il existe de mOmpreux facteurs envirOnnementaux qui influent sur le fOmclOnnement des noeuds - tels que la distance emtre eux et la qualité des liens de cCOmmunicatiOn sans fil.1 cOntexte L'institut de recherche infOrmatique I2T (Institute fOr InfOcOmm Tesearch) est un mempsre de l’Agence pOur la Science, la Techn010gie et la Pecherche (A*STAT) a SingapOre. A*STAT est um Organisme Officiel relevant du Ministére du cOmmerce et de l'Industrie de SingapOre.
L'agence a été créée en 1991 pOur emcOurager et élever le miveau la recherche sciemttifique et techn0l0gique. Elle est COmpOsée de 7 différents inshtuts de recherche. Différents IFI & Page 7 Déploiement efficace de réseaux de capteurs dOmaines de recherches cOmme le stOckage de dOnnées, les matériaux, les prOduits chimiques, les sciences infOrmatiques, la micr0électrOnique, la fabricatiOn de pOimte et la métr0l0gie y sOnt étudié pOur relever les défis techn010giques mOndiaux et créer des industries futures 4 sOm siége, a IFI & Page 8 Déploiement efficace de réseaux de capteurs FusiOn0pO0lis ! qui est un centre emplématique de SingapOre pOur la recherche scientifique et techn0l0gique. FOndée en 2002, la missiOn de I2F est d'étre une sOurce d”inn0vaHOns en infOrmatique grace 4 la recherche par des passiOmnés dédiés 4 la réussite écOnOmique de SingapOur.
I2T effectue de la recherche et du dével0ppement dans l'infOrmatique. Différents dOmaines sOnt expl0rés dans cet institut COmme les réseaux de cCOmmumicaliOn sans fil et Opliques, les médias imteractifs et mumériques, le traitement du signal etc. Dans le cadre de ce stage, 10us travaillOns dans cet institut, dans le cadre d’un prOgramme de recherche sur les réseaux sams fil appelé S&S(Sense and SensisliHes). Le pr0gramme Sense and Sensipilities(S&S) LurbamsaHOn cr0issanie exerce une pressi0n sur les ressOurces fOnciéres et la qualité de vie.
cOmme les villes et les rOutes devienment de plus em plus encOmprées, des sOlutiOns urbaines sOnt tenus de fOurnir des infOrmahOns em temps réel sur l'envirOnmement pOur aider les différentes agences g0uvernemeniales 4 prendre des décisiOns éclairées afin de fOurnir un milieu de vie sécurifaire et prOpre pOur les habitants de la ville. Avec la demande diverse et variée, les systémes de détecliOn dO0ivent également répOndre a l'hétérOgénéilé em termes de mOdalités de capteurs, les techn010gies ainsi que les applicatiOns de l'utilisateur final. cependant, la plupart des sOluliOns de détechOn d'aujOurd'hui sOnt cOncgus uniquement pOur un dOmaine de pr0bléme particulier et um dOmaine d'applicatiOn. Le programme S&S de A*STAT fait de la recherche en vue de fOurnir une platefOrme générique pOur que le réseau puisse étre utilisé par différentes applicatiOns avec différents besOins em infrastructure, dans différents dOmaines.
Le pr0gramme dirigé par le Dr Tan hwee Pink implique plus de 20 chercheurs 4 temps plein et d'ingémieurs ayant une expertise dans de n0mpreux dOmaines scientifiques, cCOmme l'ingénierie électrique et électrOmique, |’infOrmatique, les techn0l0gies de télécOmmunicatiOns, la physique et les mathématiques. celle équipe a ume expertise dans différents types d'applicahOns de détechOn, y cOmpris la surveillance de bruit, de l’eau, de la qualité de I'air, de la surveillance de parking. VOici ume image de l’équipe qui vient de gagner un prix appelé « Award fOr Leading, Educating and Turturing Talent », Offert pat A*STAT. IFI & Page 9 Déploiement efficace de réseaux de capteurs ! L0calilé 4 SingapOre IFI & Page 10 Déploiement efficace de réseaux de capteurs Equipe S&S, Avril 2014 1.2 Én0ncé du pr0slème L0bjechf du plan de déplOiemeni es‡ de lr0uver les endr0iis les plus appr0priés pOur surveiller les phén0mènes physiques d1niérê‡s e† d0blemir des dOnnées significatives, 10ut en tenant cCOmpte des cOntraintes physiques de l’envirOnmement, ainsi que les exigences d'applicaliOn et de réseau.
POur déplOyer les meeuds, plusieurs questiOns peuvert se pOser: IFI & 0ò d0iveni étre placé les nœuds, de s0rle que la qualité du phén0méne physique a mesurer dOnme une précisiOn satisfaisarte et acceptable ? A quelle distance les nceuds dOivert étre placés entre eux, de sOrte que le n0mpre de paquets recus sOit suffisamt et la cOnmectivilé de l'ensemble du réseau puisse étre assurée ? cOmment le n0mpre de meeuds a dépl0yée peut étre mimimisée, de telle sOrte que la cOuverture de détectiOn sOit maximale et le cOit de dépl0iement sOit réduit au minimum ? Si les noeuds ulilisent l'énergie sOlaire pOur recharger leurs batteries, quels sOnt les endr0its OD ils peuvent recevOir assez de lumiére pOur recharger leurs batteries et se maimtenir em vie ? Page 11 Déploiement efficace de réseaux de capteurs IFI & Page 12 Déploiement efficace de réseaux de capteurs Si les moeuds sOnt placés trOp prés l'un de l'autre, les dOnnées recueillies par les nœuds ser0ni fOrtement cOrrélées, et la zOne de cOuverture sera faible. D'autre part, si les nceuds sOnt placés tr0p 10in les uns des autres, la cOmnectivilé entre noeuds sera médiOcre. Par cOnséquent, plusieurs cOntraintes physiques et envirOnnememtales dOivent étre respectées afin de trOuver les meilleurs emplacements pOssibles pOur les moeuds. POur satisfaire t0utes ces cOntraintes, il est dOmc mécessaire d'Opserver et de m0déliser la variaHOn spahO-tempOrelle du canal de cCOmmunicatiOn et les phémOménes physiques d'imtérét (tel que le pruil).
En Outre, l'OpservaliOn de ces phémOménes dOit résulter de l'amalyse de dOnnées recueillies sur le terrain afin que les mOdéles statistiques sOient aussi prOches de la réalité que pOssible.3 c0nhibuli0ns T1Otre Osjectif est d'établir un prOcessus qui n0us permet de déplOyer efficacement les réseaux de capteurs dams les zÖnes urbaines. II0us av0ns đae0rd élabOré un Outil de sOndage du site qui est capable de cOllecter : (i) Vimtensité du signal regu (SSD entre deux pOints quelcOmques ; (ii) le signal du phénOméne physique a Opserver a un endr0it dOnné. Une bOnne cOmpréhensiOn de la prOpagatiOn radiOélectrique est essemtielle pOur prOpOser un design apprOprié et des stratégies de dépl0iement du réseau sams fil. c'est la nature du canal radiO qui remd les réseaux sams fil beaucOup plus cOmpliqués que leurs hOmOl0gues filaires.
Les caractérishques de la prOpagaliOn radiO sOnt assez liées au site de dépl0iememt et peuvent varier cOnsidérablement en f0ncHOn du terrain, de la fréquence d’envOie, des sOurces d’interférence, et d'autres facteurs.