Impact des conditions de transmission  sur les performances d'un réseau de capteurs

dans des environnements complexes

Rodolphe VAUZELLEvauzelle@sic.univ-poitiers.fr

XLIM-SIC UMR 6172 / Université de Poitiers

Journée approches coopératives dans les réseaux de capteurs 12 juin 2008

Problématique

« Evaluation de performances de différentes techniques prenant en compte une « Evaluation de performances de différentes techniques prenant en compte une modélisation réaliste de l'environnement radio correspondant aux applications modélisation réaliste de l'environnement radio correspondant aux applications potentielles des réseaux de capteurs » et plus généralement des réseaux potentielles des réseaux de capteurs » et plus généralement des réseaux ad’hoc . ad’hoc . 

Démarche globale

Transmission numérique

Performances (ex QoS)

Couche physique réalisteCouche physique réaliste

Simulation réseauxSimulation réseaux

Propagation d’ondes radios en environnement réaliste

Protocole de routage

Travaux pluri-disciplinairesTravaux pluri-disciplinaires

Plan

1.Présentation des éléments développés en simulation

2. Exemples de résultats

3. Expérimentation

4. Exemple de confrontation simulation/mesures

5. Conclusion / perspectives

Certains travaux entrent dans le cadre du projet ANR RNRT SEREADMO

Simulateur de propagation d’ondes radios en 3DSimulateur de propagation d’ondes radios en 3D

Plateforme modulaire

Zone de couverture d’un émetteur Evolution de la corrélation entre sous canaux MIMO

Carte de dispersion des retards

Ex système MIMO 2x2

+

Fonction de la polarisation

simulation de canaux SISO/MIMO et caractérisation

Présentation des éléments développés en simulation (1)

Chaine de transmission selon la norme considérée (WiFi, ZigBee, …)

Carte segmentée de TEB (vers la QoS) avec canal simulé

Carte de TEB avec canal normalisé

T

C1 

C2

C3 

Simulateur de transmission en environnement réaliste

Présentation des éléments développés en simulation (2)

Canaux simulés dans l’environnement et pas canaux normalisés

Codage Modulation Réceptionnumérique

DémodulationDécodage

T

NS2NS2

Entrées : • Environnement et scénario

(nombre de terminaux, trajectoires, antennes, …)

• Systèmes (802.11b, 802.11g, …)

• Paramètres de simulation (temps de simulation, temps d’échantillonnage)

Noyau de simulation : A chaque itération :

• Recherche de la route optimale entre la « source » et la « destination ». (Algorithme de DIJSKTRA)

Sorties : • Evolution de la qualité des

liens radio • Evolution de la route

optimale théorique entre une source et une destination

Modèles de propagation : • Espace libre • A deux rayons • Tracé de rayons 3D

Critères de pondération des liens radio : • Nombre de sauts (nœuds intermédiaires) = Ns • Temps de réponse = Tr • Taux d’Erreur Binaire = TEB • Combinaison de 2 critères précédents = Ns + TEB

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Routes optimales

« réalistes »

Prise en compte de la qualité des liens radios contrairement

aux protocoles existants

(OLSR)(AODV)

Entrée :

Scénario : environnement (indoor, outdoor)Mobilité : vitesse des terminaux, type de déplacementTerminaux : nombre, positions, …Systèmes (WiFi , Zig Bee, …) : fréq, puissance, débit , …

Modèle de propagation - espace libre- 2 rayons- Simulateur de canal

Critères de pondération des liens- Nb de sauts - Tps de réponse - TEB/TEP , nb de sauts et TEB

Présentation des éléments développés en simulation (3)

Simulateur de réseaux en environnement réaliste basé sur NS2

1ère

itération

5

4

2

1

0 35

42

1

0 3

542

1

0 3

5

4

2

0 3

542

1

03

Temps

Δt

2nd

itération

5ème

itération

(N – 1)ème itération

Nème itération

1ère

itération

5

4

2

1

0 35

4

2

1

0 35

42

1

0 35

42

1

0 3

542

1

0 3542

1

0 3

5

4

2

0 35

4

2

0 3

542

1

03

542

1

03

Temps

Δt

2nd

itération

5ème

itération

(N – 1)ème itération

Nème itération

1ère

itération

5

4

2

1

0 35

42

1

0 3

542

1

0 3

5

4

2

0 3

542

1

03

Temps

2nd

itération

5ème

itération

(N – 1)ème itérationNème itération

1ère

itération

5

4

2

1

0 35

4

2

1

0 35

42

1

0 35

42

1

0 3

542

1

0 3542

1

0 3

5

4

2

0 35

4

2

0 3

542

1

03

542

1

03

Temps

2nd

itération

5ème

itération

(N – 1)ème itérationNème itération

Simulation réseau

Déplacement des terminaux

Evolution dynamique du routage

Présentation des éléments développés en simulation (4)

Interface

Analyser l’impact :

- des modèles de propagation - des critères de pondération des liens radio le routage et la QoSsur

Exemples de résultats (1)

Impact du modèle de propagation sur le nombre de sauts (routage OLSR)

Scénario- Environnement urbain dense : centre de Munich- 40 nœuds fixes, étude du lien 19-29- Fréquence : 5,2 GHz

Comparaison des modèles : - 2 rayons- SISO simulé- MIMO simulé

2 rayons SISO simulé MIMO simulé

Nb de sauts : 1 Nb de sauts : 4,1 Nb de sauts : 3,8

S

D

S S

D D

avec TE B

N b sauts: 4 / 2.36

Sans TE B

N b sauts: 6,64

avec TE B

N b sauts: 4 / 2.36

Sans TE B

N b sauts: 6,64

Min nb de sauts

Exemples de résultats (2)

Impact du critère utilisé pour le routage OLSR sur le nombre de sauts

Scénario - Environnement urbain dense : centre de Munich - 40 nœuds fixes, fréquence : 5,2 GHz- Canaux SISO simulés

Comparaison des critères : - minimisation du nb de sauts - minimisation du TEP en plus

Min nb de sauts et TEP

Nb de sauts : 4,1 Nb de sauts : 5,3

D D

S S

Exemples de résultats (3)

Impact de la mobilité sur des indicateurs de QoS

Scénario- Environnement suburbain : campus de Poitiers - 40 nœuds, fréquence : 5,2 GHz- Canaux SISO simulés ; Critère : minimisation du nb de sauts

% de paquets délivrés/non délivrés Paquets de routage/paquets de données

Expérimentation (1)

Réseaux de capteurs en Zig Bee

ZigBee End Device

ZigBee Router

ZigBee Coordinator

Expérimentation (2)

Module ZigBee

Face 1 Face 2

Module Radio

Bouton bleu : routeurBouton rouge : émetteur seulement

Si la puissance reçue est inférieure au seuil de sensibilité alors la LED s’éteint

Informations extraites : Portée Multi-sauts …

Noeud ZigBee Diag. de rayonnement

Confrontation simulation/mesure (1)

Existence des liens radiosPosition des noeuds

ExpérimentationNodes 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 Oui Oui Oui Oui Oui Non Oui Non Non1 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui2 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Non Non Non3 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Non Non4 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Non Oui5 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui6 Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui7 Oui Oui Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui8 Non Oui Non Non Non Oui Oui Oui Oui9 Non Oui Non Non Oui Oui Oui Oui Oui

Expérimentation

Refais avec Puis sance 20dBm (100mW)S IS O

Nodes 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 Oui Oui Non Oui Oui Non Non Non Non1 Oui Oui Oui Oui Oui Non Oui Oui Oui2 Oui Oui Oui Non Oui Oui Non Non Non3 Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui Non Oui4 Oui Oui Non Oui Oui Oui Oui Non Non5 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui6 Non Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui7 Non Oui Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui8 Non Oui Non Non Non Oui Oui Oui Oui9 Non Oui Non Oui Non Oui Oui Oui Oui

SISO simulés

Simulation parfois pessimiste

Conclusion, perspectives

- Une plateforme modulaire de simulation de réseaux de capteurs/ad’hoc en environnement réaliste pour tester les performances de différentes techniques

- Une plateforme d’expérimentation « évolutive »

- Premières comparaisons réalisées

La première étape est réalisée : support de travaux futurs

- Poursuivre ces travaux pluri-disciplinaires « en interne » mais aussi au sein de projets collaboratifs