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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/270956883 Une approche distribuée basée sur la redondance pour la reconﬁguration des réseaux de capteurs sans ﬁl Conference Paper · July 2009 CITATIONS 0 READS 138 3 authors: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Assessment for Learning View project Graphical Analysis for monitoring in a sensor network (WSN). Simulator: OMNET++ View project Bechar Rachid Hassiba Benbouali University of Chlef 6 PUBLICATIONS 7 CITATIONS SEE PROFILE Haffaf Hafid University of Oran 69 PUBLICATIONS 252 CITATIONS SEE PROFILE Kechar Bouabdellah Université Oran1 Ahmed BenBella, Oran, Algeria 55 PUBLICATIONS 228 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Bechar Rachid on 04 May 2017. The user has requested enhancement of the downloaded file. NOTERE 2009 - Montréal Juillet 2009 Une approche distribuée basée sur la redondance pour la reconfiguration des réseaux de capteurs sans fil BECHAR Rachid Faculté des sciences, Département d’informatique, Université d'Oran Es-senia, BP 1524 El M’Naouar, Oran, Algérie rachid_bec@yahoo.fr HAFFAF Hafid Faculté des sciences, Département d’informatique, Université d'Oran Es-senia, BP 1524 El M’Naouar, Oran, Algérie haffaf_hafid@yahoo.fr KECHAR Bouabdellah Faculté des sciences, Département d’informatique, Université d'Oran Es-senia, BP 1524 El M’Naouar, Oran, Algérie bkechar2000@yahoo.fr ABSTRACT Dans cet article nous nous intéressons aux approches de la tolérance aux pannes dans un réseau de capteurs sans fil (RCSF) basée sur la reconfiguration. En effet, nous proposons une approche de surveillance d’un RCSF par reconfiguration distribuée centrée autour du concept de la redondance. Celle-ci permet aux nœuds capteurs de s’auto-organiser en groupes où chaque nœud aura un rôle bien précis à jouer dans son groupe. Dans le contexte de cette auto-organisation, un nœud peut être soit représentant (ou coordinateur) par le quel passe tout le trafic transmis par les nœuds membres de son groupe désirant transmettre des données vers une destination commune de collecte appelée (Sink). Il permet également de gérer la redondance en ne laissant actifs que certains membres. Les autres membres redondants seront mis en mode veille et seront réveillés à l’aide d’une opération de reconfiguration en cas de panne de nœuds actifs. Un nœud peut être aussi une source de données capturées (appelé nœud simple) ou un nœud passerelle (de liaison), participant à plusieurs groupes à la fois, dont le rôle principal est d’assurer la communication entre ces groupes. Les résultats préliminaires d’implémentation et de simulation de cette approche ont montré que cette structure distribuée permet d’assurer à la fois la tolérance aux pannes et d’étendre considérablement la durée du bon fonctionnement du réseau. Keywords Surveillance, Redondance, Réseau de capteurs sans fil, Reconfiguration, Approches distribuées, Simulation. 1. INTRODUCTION La technologie des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) a suscité un intérêt considérable ces dernières années grâce à son potentiel immense d’applications dans plusieurs domaines tels que la surveillance d’environnements, la domotique et les applications militaires. Les recherches menées dans ce domaine sont diversifiées vu que les nœuds capteurs formant le réseau communiquent entre eux par radio et sans infrastructure pré- établie et possèdent des ressources limitées en termes de calcul, stockage, bande passante et d’énergie. Un RCSF - ou en anglais Wireless Sensor Network (WSN) - est considéré comme un type spécial de réseaux Ad hoc constitué d'un grand nombre de capteurs capables de collecter des données et les transmettre grâce à un routage multi-saut à un nœud considéré comme un "point de collecte", appelé nœud puits (ou Sink) (voir figure 1). Chaque nœud est alimenté par une batterie individuelle dont la consommation, due à la communication et le traitement des informations, doit être optimisée. La densité importante des nœuds capteurs implique la présence des nœuds redondants. Fig.1. Architecture d'un réseau de capteurs sans fil Généralement, les pannes dans un RCSF peuvent être causées par la mobilité ou l'épuisement de l'énergie des nœuds. Ces pannes doivent être détectées et résolues en un temps acceptable pour ne pas affecter la qualité de service. Plusieurs approches de détection et de gestion de ces pannes dites centralisées ont été proposées en intégrant un module de surveillance dans une station de supervision distante. Le déploiement des réseaux de grande taille rend ces approches lentes et coûteuses en terme d’énergie. En effet, le réseau devient surchargé par les messages de contrôle et les messages de reconfiguration échangés entre les nœuds et la station de supervision. Un nombre considérable de travaux sont orientés vers le routage. D'autres travaux se sont intéressés au découpage des RCSF en Clusters pour concevoir des protocoles de routage hiérarchiques [1]. Des études statistiques sur les types de ses recherches se trouvent dans [9], [10] et [11]. Les travaux récents sur les RCSF s'orientent vers l'économie de l'énergie, la surveillance, la qualité de service et la sécurité. Selon la littérature, il y a peu de travaux sur le domaine de surveillance. Nous pouvons citer par exemple : Congduc Pham dans [2] s’intéresse aux protocoles de transport pour les réseaux de capteurs qui doivent identifier et résoudre les congestions et la gestion des pannes d’un certain nombre de capteurs pour garantir la fiabilité de la transmission. NOTERE 2009 - Montréal Juillet 2009 L'auteur de [3] propose une approche pour surveiller un RCSF. Elle se base sur la théorie des graphes pour garantir la couverture maximale en utilisant un graphe bipartie et la connexité maximale en utilisant la détection des nœuds critiques dans le réseau. Andreas Meier et al. proposent dans leur article récent [4] un algorithme pour le contrôle des défaillances qui peuvent avoir lieu au niveau des nœuds. Ce contrôle est assuré par l'utilisation des nœuds observateurs qui peuvent signaler au Sink des informations utiles en cas de défaut. Le Sink prend la décision convenable pour reconfigurer l'ensemble. Notons que ces travaux proposent des approches centralisées où la tâche de surveillance est assurée par le Sink. Cette centralisation des opérations de diagnostic et de reconfiguration dans un seul module (le Sink en général) présente des inconvénients majeurs: - Surcharge du module de surveillance par les traitements de contrôle. - Surcharge de tous les nœuds d'un réseau par les messages de contrôle et de reconfiguration, ce qui augmente considérablement la consommation énergétique surtout en présence de réseaux à grande échelle. Ceci permettra évidemment de réduire leurs durées de vie. - La détection des défauts peut être retardée à cause des délais de transmission. - La défaillance du module de surveillance paralyse le fonctionnement de tout le réseau. Ces observations nous conduisent à penser à l’exploitation des capacités de traitement des nœuds capteurs pour développer une approche de surveillance décentralisée d'un réseau de capteurs sans fil. Dans ce contexte, nous proposons dans ce papier une solution basée sur la reconfiguration d'un RCSF en cas de défaillance (la tolérance aux pannes) avec une prise en compte de certains facteurs d'optimisation de son fonctionnement. Cette solution est fondée sur la propriété de la redondance matérielle couplée avec quelques propriétés de la théorie des graphes. En effet, il s’agit d’une stratégie distribuée permettant à chaque nœud capteur dans le réseau de contribuer à la détection des pannes et la reconfiguration dans le but de maintenir le réseau connexe et assurant la couverture de la totalité de la zone de déploiement. Autrement dit, le réseau est vu comme un système distribué où les nœuds ont la charge de détecter localement (au niveau de chaque voisinage) les défauts et reconfigurer la partie défaillante sans passer par le nœud de collecte (Sink). Dans le cadre de cette stratégie, le RCSF est divisé en Clusters que nous appelons groupes. Chaque groupe est représenté par un nœud capteur ayant le rôle de représentant. Celui-ci permet d’assurer la communication du groupe de nœuds qu’il représente avec d’autres groupes et de gérer la redondance des nœuds membres de son groupe. Ces derniers peuvent assurer l'interconnexion entre les autres groupes aux quels ils appartiennent aussi, dans ce cas on dit qu’ils ont le rôle de passerelles (ou nœuds de liaison). Ces nœuds membres peuvent être aussi de simples nœuds capteurs chargés de capturer des grandeurs physiques de l’environnement telles que la température. Ils sont désignés par de simples membres. Le reste de ce papier est organisé comme suit. La section 2 introduit une vue générale de la surveillance des RCSF. La section suivante présente quelques travaux existants sur les approches distribuées de surveillance de cette classe de réseaux. La section 4 expose notre solution de surveillance proposée. Enfin, les résultats préliminaires de simulation de cette contribution et les perspectives futures seront présentés. 2. LA SURVEILLANCE DES RCSF La surveillance d'un réseau de capteurs sans fil consiste à détecter les pannes et les défauts de tous types, ensuite trouver des remèdes pour palier à leurs conséquences. Ceci doit être fait en temps réel. L'origine de ces défauts peut être physique ou logique qui affecte le processus de la conception, la fabrication et même le fonctionnement des dispositifs produits. Les défauts dans un RCSF peuvent entrainer des erreurs et des défaillances affectant le comportement normal du système, ce qui présente un risque de déviation, déconnexion ou mauvaise uploads/Management/ une-approche-distribuee-basee-sur-la-redondance-pour-la-reconfiguration-des-reseaux-de-capteurs-sans-fil.pdf