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La géolocalisation de réseaux capteurs (algorithme DVHOP )


par Mohammed et Hichem MEKIDICHE et RAIS
Université Abou Bakr Belkaid à  Tlemcen Algérie - Master 2 en informatique, option: réseaux 0000
  

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République Algérienne Démocratique et Populaire
Université Abou Bakr Belkaid- Tlemcen
Faculté des Sciences
Département d'Informatique

Mémoire de fin d'études

Pour l'obtention du diplôme de Master en Informatique

Option: Réseaux et Systèmes Distribués

Thème

...................................................

Réalisé par :

- .......................................

- ......................................

Présenté le.. Juin 2012 devant le jury composé de MM.

-

(Président)

- Mme Labraoui Nabila (Encadreur)

- ...................................................... (Examinateur)

- ...................................................... (Examinateur)

Année universitaire : 2011-2012

Résumé

La localisation dans les réseaux de capteurs déployés de manière aléatoire consiste à déterminer les coordonnées géographiques des différents capteurs. L'utilisation de mécanismes de localisation dans les réseaux de capteurs est essentiel, à la fois pour les protocoles de communication (routage géographique) que pour certaines applications (suivi de véhicules, détection d'événements critiques). Dans ce mémoire, nous avons implémenté et évalué un des algorithmes de localisation de type range-free, nommé DV-HOP. Nous avons également proposé une amélioration de cet algorithme afin de minimiser l'erreur d'estimation et donc obtenir une meilleure précision de calcul des coordonnées des noeuds capteurs. Nos résultats de simulation ont démontré l'efficacité de notre proposition par rapport à la version basique de DV-HOP.

Mots clés: Réseaux de capteurs sans fil, localisation, Dvhop, TinyOS, NesC.

Introduction générale

Le besoin d'observer et éventuellement de contrôler des phénomènes physiques tels que la température, la pression ou encore la luminosité est essentiel pour de nombreuses applications industrielles, scientifiques, et même grand public. Cette tâche est déléguée aux capteurs dont la fonction est l'acquisition de l'information sur les phénomènes observés et, le cas échéant, l'exécution des traitements qui s'y attachent. L'utilisation des capteurs n'est pas une nouveauté en soi. En effet, grâce aux récents progrès des technologies sans fil, les capteurs peuvent communiquer non seulement de proche en proche mais aussi d'acheminer de l'information à tous les noeuds connectés au réseau. On s'est ainsi affranchi de la contrainte de câblage, qui limitait considérablement le déploiement d'un grand nombre de noeuds. Il est donc devenu tout à fait possible de déployer un réseau constitué d'un grand nombre de capteurs collaboratifs afin de surveiller une zone plus large.

Les réseaux de capteurs sans fil sont considérés comme un type spécial de réseaux ad hoc. Ils apportent une perspective intéressante : celle de réseaux capables de s'auto-configurer et de s'auto-gérer sans qu'il y ait besoin d'interventions humaines. Les noeuds sont généralement déployés de manière aléatoire à travers une zone géographique, appelée zone d'intérêt.

Les données récoltées sont acheminées grâce à des communications sans fil en multi-saut (c.-à-d. de proche en proche) à une station de base dont le rôle est entre autre d'agréger/exploiter les données récoltées. Elle représente en quelque sorte le point d'entrée du réseau de capteurs.

Parmi les problèmes cruciaux, deux d'entre eux peuvent être cités :

? celui de la Localisation : une grande majorité des applications dans les

réseaux de capteurs utilise un déploiement aléatoire d'un grand nombre de capteurs, en raison soit de l'hostilité de la zone à surveiller, soit de son immensité. La phase de localisation est donc nécessaire non seulement au fonctionnement du réseau (routage géographique par exemple), Il est donc nécessaire de localiser, avec la meilleure précision possible, tous les noeuds du réseau. Cette problématique, malgré les nombreux travaux de recherche qui s'y étaient attachés, reste une problématique ouverte.

? Couverture : une des conséquences du déploiement aléatoire est la redondance des capteurs sur la zone surveillée. Il est donc tout à fait judicieux, afin de prolonger au maximum la durée de vie du réseau, de mettre en veille un certain nombre de capteurs redondants tout en assurant une couverture totale de la zone surveillée et en maintenant la connectivité du réseau.

? Fusion de données : dans certains cas de figures, il est nécessaire que tous les noeuds du réseau aient à leur disposition un agrégat tel que la moyenne de tous les prélèvements effectués. Ceci dans le but d'effectuer une action concertée par exemple. Cette tâche, d'ordinaire si facile à effectuer dans un réseau fiable, devient rapidement problématique dans le cas d'un réseau sujet à la fois à des perturbations environnementales constantes et à des défaillances fréquentes.

Bien d'autres problèmes tels que l'énergie des capteurs étant limitée, cette contrainte doit être prise en compte afin d'allonger la durée de vie du réseau.

Ce mémoire se focalise sur la problématique de la localisation statique dans les réseaux de capteurs sans fil. Nous nous sommes également intéressé de près à l'algorithme de localisation DV-HOP afin de l'implémenter et d'évaluer ses performances selon la métrique de la précision.

Nous avons également proposé une amélioration de l'algorithme DV-HOP, afin de minimiser l'erreur d'estimation. Nos résultats de simulation ont démontré l'efficacité de notre proposition par rapport à la version basique de DV-HOP.

La suite de ce document est constituée de 4 chapitres :

Le chapitre 1 : nous présentons une description générale des réseaux de capteurs sans fil ainsi que leurs caractéristiques, contraintes et spécificités.

Le chapitre 2 : est consacré à la problématique de la localisation.

Le chapitre 3 : présente une description pour le système TinyOS et le langage

NesC.

Le chapitre 4 : constitue le coeur de notre travail, dans ce chapitre nous présentons le simulateur TOSSIM avec une brève description de ces

composants, ses principales caractéristiques et fonctionnalités. Par la suite nous donnons les résultats de simulation sous forme de graphes de plusieurs simulations, effectuées pour obtenir des mesures pour évaluer la précision de calcul des positions.

En fin de ce mémoire, une conclusion est donnée pour résumer les apports essentiels de notre travail, les ouvertures et les perspectives pour le futur.

Chapitre 1
Réseaux de capteurs sans fil:
Description, protocole

Chapitre 1 Les Réseaux de Capteurs sans Fil

1.Introduction

Les réseaux de capteurs sans fil sont un cas particulier des réseaux sans fil sans infrastructure (réseaux ad hoc). En effet, ceux-ci sont constitués d'un ensemble de petits appareils, ou capteurs, possédant des ressources particulièrement limitées mais qui leur permettent d'acquérir des données sur leur environnement immédiat, de les traiter et de les communiquer. Ils présentent des intérêts considérables pour le secteur industriel, mais aussi pour les organisations civiles où la surveillance et la reconnaissance de phénomènes physiques sont une priorité. En effet, un réseau de capteurs peut être mis en place dans le but de surveiller une zone géographique plus ou moins étendue pour détecter l'apparition de phénomènes ou mesurer une grandeur physique (température, pression, vitesse...).

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