Les principales contributions en NS-2

Précédemment mentionnée, la topologie du réseau est fixe (les émetteurs ne se déplacent pas les uns par rapport aux autres). Il y a un point central unique (le concentrateur) qui communique avec des points intermédiaires (les routeurs), qui eux même communiquent avec les éléments terminaux (les nœuds).

Pour réaliser cette architecture hiérarchique dans la simulation, nous avons défini un protocole spécifique au niveau de la couche transport de NS-2 et aussi de modifications au niveau de la couche MAC. Au niveau de la couche réseau, nous avons choisi d’utiliser les principes de NOAH (No ad-Hoc Routing Agent), qui est un protocole de routage qui nous permettra de spécifier notre propre routage (i.e. celui défini dans le projet SACER).

Le canal de communication est de type sans fil ; il simule la communication à travers un modèle de propagation Tow Ray Ground avec des antennes omnidirectionnelles. La couche liaison de données choisie est de type MAC_TDMA.

Ainsi, au lieu d’utiliser les antennes existantes sur NS-2 (omnidirectionnelles), nous allons implémenter et tester les avantages des antennes directives. Une autre amélioration envisagée concerne l’utilisation des interfaces multiples pour certains éléments du réseau.

Un aspect qui va aussi être abordé concerne la synchronisation des données, qui, dans notre application, a une importance majeure.

Nous rajoutons que l’architecture de communication imposée par NS-2 implique un certain nombre d’approximations, comme :

 Une couche Wireless-PHY et MAC gérés par paquet,

 Un adressage IP imposé, etc.

Dans ce contexte, nous avons implémenté les cas d’utilisations que nous avons présentés auparavant.

Dans la section suivante, nous avons l’intention de présenter l’implémentation de la topologie réseau de notre système de communication. Toutes les autres contributions avec leurs résultats associés vont être discutées en détails dans les chapitres III (Proposition d’un nouveau protocole de synchronisation), IV (Les antennes directives dans les réseaux des capteurs sans fil) et V (Simulations et expérimentations).

II.4.2.1 Implémentation de notre topologie réseau

Commençons par rappeler que l’organisation de notre réseau est hiérarchique et qu’elle se compose d’un concentrateur, huit routeurs et huit nœuds pour chaque routeur, par aile. Cette organisation est certes héritée du projet SACER, mais nous avons souhaité envisager une approche plus générale sur l’architecture réseau des composants qui sera explicitée dans le paragraphe suivant. Pour implémenter cette stratégie, nous avons réalisé un certain nombre de restrictions de communication. Plus exactement, nous avons créé une commande Tcl nommée « alloc_ip », qui a le rôle « d’associer » les éléments du réseau censés communiquer ensembles. Ainsi, { l’aide de cette fonction et d’un certain nombre de modifications au niveau de la couche MAC, nous réalisons un filtrage du trafic, par adresse IP, ce qui nous permet d’obtenir le trafic de données utiles, présenté dans la Figure II.2 .

La session de communication commencera au niveau du concentrateur par la création au niveau de la couche applicative d’un paquet avec l’identifiant «pkt_no = 150 ». Ce paquet va être transféré au niveau transport (à l’agent) et diffusé vers tous les routeurs.

Après la réalisation d’un cycle complet, le concentrateur recevra de la part de chaque routeur un message avec l’identifiant «pkt_no = 400 ». Il faut noter que les valeurs choisies pour l’identifiant paquet n’ont pas d’influence sur les résultats de simulation.

Figure II.2 Trafic de données utiles dans notre réseau hiérarchique.

Concernant les routeurs, chacun reçoit de la part du concentrateur le message avec l’identifiant «pkt_no = 150» et diffuse vers leurs nœuds associés un message avec l’identifiant «pkt_no = 200». Lorsque les nœuds reçoivent de la part du routeur le message de données avec l’identifiant «pkt_no = 200», chacun d’eux va créer une réponse avec l’identifiant «pkt_no = 300», qui va être envoyée directement au routeur associé. Après avoir reçu les réponses de l’ensemble des huit nœuds, le routeur enverra un message avec l’identifiant «pkt_no = 400» directement au concentrateur.

Ce n’est qu’après la réception de tous ces messages que le concentrateur redémarrera une nouvelle session de communication.

Ainsi, à travers cette configuration du réseau, nous sommes en mesure d’assurer la connectivité de tous les éléments du réseau et d’évaluer la puissance de transmission nécessaire { l’émission de chaque message.

80 II.4 Modélisation sur NS-2

II.4.2.2 Proposition d’utilisation d’interfaces multiples

Comme vu précédemment, le routeur est un élément indispensable dans notre système pour assurer une bonne connectivité entre les éléments du réseau ainsi qu’une bonne conservation de l’énergie (les distances entre les objets communicants sont plus petites).

En même temps, il ne faut pas oublier qu’une tâche difficile dans un réseau sans fil reste le contrôle de congestion. Notre solution à ce problème consiste à utiliser un protocole d’accès au médium de type TDMA. Cette technique permet à plusieurs utilisateurs de partager la même fréquence sans provoquer d’interférence, parce que le signal est divisé en multiples intervalles de temps. Étant donné que le nombre d’éléments dans notre système est élevé (2*73 éléments), l’utilisation de cette technologie peut conduire à des retards de transmission importants.

Ainsi, une solution possible à ce problème, qui permet également de préserver les avantages du TDMA, est d’utiliser des interfaces multiples, c’est-à-dire d’avoir deux ou plusieurs interfaces de communication par élément.

Nous avons alors 2 possibilités pour placer ces interfaces multiples :

 Soit au niveau du routeur ;

 Soit au niveau du concentrateur.

Il n’est pas nécessaire de le déployer sur les 2 niveaux en même temps, un seul suffit pour éviter les interférences.

La première possibilité est donc de les placer au niveau du routeur. Dans ces conditions, notre système sera composé de plusieurs sous-réseaux qui communiqueront entre eux à travers les routeurs, représentés dans la figure suivante (Figure II.3):

Figure II.3 Organisation du réseau avec des interfaces multiples (Solution I).

Malheureusement, cette nouvelle architecture implique également un inconvénient:

le routeur R1 qui communique sur deux fréquences (fréquences A et B) aura une complexité beaucoup plus élevée par rapport à un nœud capteur, ce qui va augmenter le coût total de fabrication (qui est très important, surtout pour les applications industrielles). Donc, pour maintenir un coût de production raisonnable, le processus de fabrication d’un routeur doit être similaire à celui d’un nœud capteur.

La solution alternative consiste alors à adopter une configuration du système avec plusieurs sous-réseaux, mais dans laquelle seulement le concentrateur est conçu selon la méthode des interfaces multiples (Figure II.4) :

Figure II.4 Organisation du réseau avec des interfaces multiples (Solution II).

Cela implique une architecture composée de huit interfaces de communication pour le concentrateur, ce qui signifie que nous aurons huit sous-réseaux interconnectés. De plus, comme le concentrateur aura été imaginé comme un élément plus complexe que les autres, l’introduction de plusieurs interfaces n’a pas d’impact négatif sur la faisabilité du système.

Au contraire, nous allons démontrer à travers des simulations (chapitre V) que cette nouvelle disposition présente plusieurs avantages pour l’ensemble de notre système.