Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface
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Ordonnancement d’Activité dans les Réseaux de Capteurs : l’Exemple de la Couverture de Surface PowerPoint PPT Presentation


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Ordonnancement d’Activité dans les Réseaux de Capteurs : l’Exemple de la Couverture de Surface. Antoine Gallais. Projet de recherche POPS. POPS : Petits Objets Portables et Sécurisés Téléphone portable, PDA, carte à puce, étiquette électronique, capteur sans fil, …

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Ordonnancement d’Activité dans les Réseaux de Capteurs : l’Exemple de la Couverture de Surface

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Presentation Transcript


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Ordonnancement d’Activitédans les Réseaux de Capteurs :l’Exemple de la Couverture de Surface

Antoine Gallais


Projet de recherche pops

Projet de recherche POPS

  • POPS : Petits Objets Portables et Sécurisés

    • Téléphone portable, PDA, carte à puce, étiquette électronique, capteur sans fil, …

  • Etablir les communications entre ces objets

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Les capteurs sans fils

Les capteurs sans fils

  • Taille très réduite  ressources limitées

    • Capacité limitée de calcul

    • Autonomie énergétique réduite

  • Communication sans fil

    • Petite distance

    • Faible débit

  • Acquisition d’informations

    • Température, humidité, intensité lumineuse, etc.

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


R seaux de capteurs sans fils

Réseaux de capteurs sans fils

  • Objectif : observation de zones distantes ou sensibles

    • Acquisition d’informations par les capteurs

    • Aucune infrastructure de communication

    • Communications multi-sauts entre les capteurs

    • Informations acheminées jusqu’aux stations de base

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


R seaux de capteurs sans fils surveiller une for t

Réseaux de capteurs sans fils : surveiller une forêt

Station de base

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


R seaux de capteurs sans fils conomie d nergie

Réseaux de capteurs sans fils : économie d’énergie

  • Une fois déployés, les capteurs sont inaccessibles

    • Impossible de changer ou de recharger les batteries

  • Mener l’application aussi longtemps que possible

  • Ordonnancer l’activité des capteurs

    • Seul un sous-ensemble des capteurs participe à l’application

  • Un capteur peut être actif ou passif

    • Actif : participe aux communications et assure sa part de la tâche

    • Passif : économie d’énergie

TinyNode 584

Source : http://www.tinynode.com/uploads/media/SH-TN584-103.pdf

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Comment d signer les capteurs actifs et passifs

Comment désigner les capteurs actifs et passifs ?

  • Approche centralisée

    • Une entité décide du statut d’activité de chaque capteur

      (ex : la station de base)

  • Capteur 1 : passif

  • Capteur 2 : actif

  • …………………

  • Capteur 9 : passif

  • Capteur 10 : actif

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Comment d signer les capteurs actifs et passifs1

Comment désigner les capteurs actifs et passifs ?

  • Principal inconvénient d’une approche centralisée

    • La connaissance de la topologie par l’entité centrale doit être parfaite

    • Difficulté et coût de la maintenance de ces réseaux très denses

      • Environnements plus propices aux pannes

  • Capteur 1 : actif

  • Capteur 2 : passif

  • …………………

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Comment d signer les capteurs actifs et passifs2

Comment désigner les capteurs actifs et passifs ?

  • Approche localisée

    • Nul besoin d’infrastructure

    • Décisions simples ne nécessitant qu’une connaissance locale

    • But : obtenir un comportement global cohérent

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Actif ou passif ?

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Comment maintenir la coh rence de l application

Comment maintenir la cohérence de l’application ?

Passif

Passif

Passif

  • Changements réguliers d’activité  Topologie dynamique

    • Assurer que la tâche commune soit accomplie

  • L’exemple de la couverture de surface

    • Ensemble couvrant

      • Les capteurs actifs doivent couvrir la même surface que tous les capteurs déployés

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Comment maintenir la coh rence de l application1

Comment maintenir la cohérence de l’application ?

  • Changements réguliers d’activité  Topologie dynamique

    • Assurer que la tâche commune soit accomplie

  • L’exemple de la couverture de surface

    • Ensemble connecté

      Tout capteur actif doit pouvoir communiquer avec une station puits

      • Collecte d’informations, remontées d’alertes

Passif

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Objectif

Objectif

Passif

Passif

Passif

  • Solutions localisées pour

    • le maintien de la couverture de surface…

    • …par des ensembles connectés

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Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Hypoth ses principales

Hypothèses principales

  • Nœuds statiques et connaissant leurs positions

  • Modèle du disque unitaire pour

    • Zone couverte par un capteur, rayon de surveillance noté Rs

    • Communication entre deux capteurs

      • Deux nœuds sont dits « voisins de communication »

        si la distance qui les sépare est inférieure au rayon de communication, noté Rc

      • Densité du réseau : nombre moyen de nœuds par zone de communication

Rc

d

Rs

u

v

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Quelles solutions localis es

Quelles solutions localisées ?

R

d

v

?

u

réponse

ureste passif

  • Algorithmes aléatoires

    • Décisions d’activité prises aléatoirement

  • Algorithmes quasi-aléatoires (ex : PEAS, 2003)

    • Connaissance minimale de l’environnement

      • Nœuds initialement passifs

      • Réveil régulier de u et envoi d’un message « sonde »

      • Si réponse de la part d’un capteur v à distance d(u,v) < R,

        alors retour en mode passif,

        sinon actif jusqu’à épuisement

  • Aucune garantie de couverture ni de connexité

    pour les ensembles de nœuds actifs

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Pr requis pour une solution localis e exacte

Prérequis pour une solution localisée exacte

  • Plusieurs méthodes d’évaluation locale de la couverture

    • Méthodes approximatives : points d’une grille ou aléatoires

    • Méthode exacte : intersections de cercles

      • Si tout point d’intersection entre 2 cercles, situé à l’intérieur de la zone de u, est couvert par un 3ème, alors la zone de u est couverte

1

2

U

3

4

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Tian et georganas 2002 tg

[Tian et Georganas, 2002] (TG)

(x1,y1)

(x5,y5)

(x4,y4)

(x3,y3)

(x1,y1)

(x2,y2)

(x2,y2)

(x3,y3)

(x5,y5)

(x4,y4)

Rs2

Rs4

Rs1

Rs3

Rs5

Rs4

Rs2

Rs3

Rs5

Rs1

T2

T3

T4

T1

T3

T5

T4

T1

T2

T5

  • Découverte de voisinage

    • Messages hello contenant la position

  • Evaluation de couverture et décision d’activité

    • Pour tout nœud u, fin du temps d’attente :

      • si couvert alors passif envoi d’un message de retrait

      • Sinon, actif sans envoi de message

Découverte de voisinage

Temps d’attente avant la décision

Période d’activité

(observation, collecte de données)

Temps

Voisins de u

Voisins de u

1

2

5

U

3

4

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


La connexit dans les approches localis es

La connexité dans les approches localisées

v

u

  • Peu d’approches de couverture considèrent la connexité

  • [Zhang et Hou, 2003]

    • Ensemble supposé couvrant et connecté initialement

    • Si Rc > 2Rs alors couverture de zone  garantie de connexité

Rc

Rs

< 2Rs

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Tg et la connexit

TG et la connexité

  • Aucune garantie de connexité

    • Rc = Rs

  • TG + [Jiang et Dou, 2004] (JD) = TGJD

    • Évaluation de couverture de TG gérant des rayons hétérogènes

    • TG augmenté du théorème permet l’obtention

      d’ensembles couvrants connectés lorsque Rc > 2Rs

  • Comment garantir la connexité indépendamment de Rc/Rs ?

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Une solution assurant couverture et connexit

Une solution assurant couverture et connexité

  • Un ensemble couvrant déconnecté est inutile

  • Multipoint relays (MPR, [Adjih, Jacquet et Viennot, 2001])

    • Sous-ensemble de voisins atteignant tous les voisins à deux sauts

  • Construction d’ensembles connectés grâce à une règle de décision

    • Un nœud est actif s’il possède le plus petit identifiant

      ou s’il est relai du voisin ayant le plus petit identifiant

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Scr surface coverage relays carle gallais et simplot ryl 2005

SCR : Surface Coverage Relays [Carle, Gallais et Simplot-Ryl, 2005]

  • L’ensemble des relais SCR est un ensemble MPR (Rc = Rs)

    • couvre une zone aussi large que celle couverte par tous les voisins

    • Différentes méthodes de construction des ensembles SCR

  • Connexité garantie par la règle de décision

  • L’ensemble construit est couvrant

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Bilan sur tgjd et scr

Bilan sur TGJD et SCR

  • Décisions locales de faible complexité

  • Globalement, couverture et connexité garanties

    • Rc > 2Rs ou Rc = Rs

  • Critique

    • Coûts des communications >> ceux de protocoles (quasi)-aléatoires

    • Nombre moyen de messages émis par chaque nœud

      • TGJD : 1.9 (message hello + éventuel message de retrait)

      • SCR : 2 (message hello + message annonçant les relais)

      • Protocole aléatoire : 0

  • Protocole à faible coût de communication

    qui ne soit pas pour autant aléatoire ?

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Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Un protocole sans d couverte de voisinage

Un protocole sans découverte de voisinage

  • La phase de découverte du voisinage est coûteuse

    • Au moins la moitié du trafic de contrôle

  • Proposition

    • S’en affranchir tout en conservant les garanties de couverture et de connexité

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Connexit enrichir le crit re de d cision

Connexité : enrichir le critère de décision

  • Connexité assurée

    • Lorsque Rc > 2Rs (TGJD)

    • Lorsque Rc = Rs (SCR)

  • [Dai et Wu, 2003]

    • Tout nœud dont les voisins sont connectés peut être retiré du réseau sans en altérer la connexité

  • Modification de l’évaluation de couverture

    • passif  couvert par un ensemble connecté

  • Indépendance vis-à-vis du rapport Rc/Rs

D

B

C

A

D

C

B

A

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Positive only po gallais carle simplot ryl et stojmenovic 2006

Positive-only (PO) [Gallais, Carle, Simplot-Ryl et Stojmenovic 2006]

(x4,y4)

(x2,y2)

(x5,y5)

(x4,y4)

(x3,y3)

(x1,y1)

(x2,y2)

SR4

SR2

SR1

SR2

SR4

SR5

SR3

T2

T4

T5

T2

T4

T3

T1

  • Construction d’une table de voisinage

  • Emissions de messages de retraits d’activité

  • Décision

    • Passif : envoi d’un message de retrait pas d’envoi de message

    • Actif : pas d’envoi de message envoi d’un message d’activité

Découverte de voisinage

Temps d’attente avant la décision

Période d’activité

(observation, collecte de données)

Temps

Voisins de u

Voisins de u

2

U

4

Actif : envoi d’un message

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Positive only r c r s

Positive-only(Rc = Rs)

1

?

5

?

actif

1

2

7

actif

2

?

?

6

6

actif

3

4

?

3

passif

5

actif

?

7

4

?

actif

actif

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Positif et n gatif r c r s

Positif et Négatif(Rc = Rs)

1

5

actif

1

2

7

actif

Passif

2

?

6

6

actif

3

4

3

passif

5

actif

?

7

4

passif

actif

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Les variantes du protocole

Les variantes du protocole

  • PO (« Positive-Only », seuls les nœuds actifs annoncent leur décision)

  • PN (Positif et Négatif, toute décision est annoncée)

  • Exploiter la participation aux communications

    • Réception de décisions d’activité plus tardives

    • S’ils peuvent être passifs, ils doivent envoyer un message de retrait

  • Deux nouvelles variantes

    • PR (Positif et Retrait)

      • Seuls les nœuds actifs annoncent leur décision, modifiable ensuite

    • PNR (Positif, négatif et retrait)

      • Chaque nœud annonce sa décision et les actifs peuvent se retirer

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R duction du nombre de n uds actifs r c r s

Réduction du nombre de nœuds actifs (Rc = Rs)

Connaissance incomplète du voisinage

Nœuds actifs (%)

Connaissance complète du voisinage

Densité du réseau

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Forte r duction des co ts de communication

Forte réduction des coûts de communication

Coûts de communication

diminués d’au moins 40%

Nombre moyen de messages émis par nœud

Densité du réseau

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Conclusion sur la couverture simple

Conclusion sur la couverture simple

  • Connexité et couverture de surface garanties

    • Décisions locales simples

    • SCR

      • Solution localisée avec connexité et couverture comme un seul problème

      • Rc = Rs

    • PO, PN, PR et PNR

      • Indépendance Rc et Rs

      • Proportions compétitives de nœuds actifs

      • Réduction drastique des coûts de communication

  • Comment passer à la couverture multiple ?

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


La couverture multiple ou k couverture motivations

La couverture multiple (ou k-couverture) : motivations

  • Couverture multiple ou k-couverture

    • « Tout point de la zone est observé par au moins k capteurs »

  • Augmenter la robustesse de l’application

    • Résistance aux pannes

  • Accroître la confiance des données récoltées

    • Meilleur reflet de la réalité

  • Identifier les fausses alertes au cours d’une surveillance

    • Ex : un seul capteur observant une augmentation soudaine de température tandis que cinq autres ne détectent rien

  • Pourtant, peu de solutions localisées

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Solutions existantes pour la k couverture

Solutions existantes pour la k-couverture

  • Peu de solutions localisées

    • Dérivées d’algorithmes centralisés

    • Coûts de communication élevés

  • Extension des solutions localisées de couverture simple à des algorithmes de couverture multiple ?

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Comment aborder la k couverture

Comment aborder la k-couverture ?

  • Approche plate

    • Pour chaque point physique de la zone

      il existe k capteurs capables de l’observer

  • Approche par couches

    • Il existe k ensembles disjoints

      chacun couvrant une fois la zone

Nœuds de couche 2

Nœuds de couche 1

  • La zone est 3-couverte

Nœuds de couche 3

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Extension l aide d une approche plate

Extension à l’aide d’une approche plate

1

2

U

3

4

  • Modification de l’évaluation de la couverture

    • Tout nœud k-couvert peut décider d’être passif

  • Tous les mécanismes sont valables pour k

    • Tout point (aléatoire, grille intersection) doit être couvert par k voisins

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Avantages de l approche plate

Avantages de l’approche plate

  • Modification de l’évaluation locale de couverture uniquement

  • Mécanismes de décision identiques (ex : TGJD)

    • Découverte de voisinage suivie d’un message de retrait si le nœud est couvert par l’ensemble des voisins encore présents

    • Adaptation : nœud passif  k-couvert par l’ensemble des voisins restants

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Approche par couches

Approche par couches

  • k-couvert

    • k ensembles disjoints de voisins assurant chacun la couverture simple

    • Mécanisme d’évaluation de couverture identique

  • Non k-couvert

    • Actif et choix d’une couche d’activité

  • Comment choisir localement la couche à rejoindre ?

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Un protocole adaptatif gallais et carle 2007

Un protocole adaptatif [Gallais et Carle, 2007]

9

u

(x6,y6)

(x2,y2)

(x8,y8)

(x1,y1)

(x4,y4)

(x9,y9)

(x5,y5)

(x7,y7)

(x3,y3)

i=2

i=1

i=2

i=1

i=1

i=2

i=1

i=2

i=1

5

2

7

(x10,y10)

i=3

4

8

1

6

3

10

  • Décision prise au bout d’un temps d’attente

    • Si k-couvert alors passif sans envoi de message

    • Sinon, actif à la première couche non couvrante

      et envoi d’un message contenant le numéro de couche choisie

  • Exemple d’un nœud u avec k = 3

Temps

Temps d’attente

avant la décision

Période d’activité

(observation, collecte de données)

Table de voisinage

Nœuds de couche 1 couvrent la zone de u,

Nœuds de couche 2 couvrent la zone de u,

u décide d’être actif à la couche 3;

Il envoie un message d’activité

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Avantages de l approche par couches

Avantages de l’approche par couches

  • Extension possible de nombreux algorithmes localisés

    • Partitionnement du réseau selon k couches

    • Choix de la couche d’activité

      • aléatoire

      • adaptatif

  • Imposer la connexité de chaque couche

    • Couverture multiple assurée par k ensembles connectés

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Conclusion sur la k couverture

Conclusion sur la k-couverture

  • Solutions localisées pour la couverture multiple

    • Approches plates et par couches

      • Modification des mécanismes d’évaluation de couverture

      • Partitionnement du réseau en k ensembles disjoints

    • Extension possible de la majorité des algorithmes

  • Hétérogénéité de k

    • Evaluation de couverture locale

    • Intéressant lors de véritables déploiements

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Conclusion sur les solutions tudi es

Conclusion sur les solutions étudiées

  • Plusieurs propositions localisées

    • Couverture et connexité garanties

    • Extension à la k-couverture

  • En pratique, quels obstacles ?

    • Parmi les hypothèses posées

      • Disque unitaire pour les communications

      • Disque unitaire pour la zone de surveillance

      • Nœuds immobiles et positionnement parfait

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Les limites du disque unitaire

Les limites du disque unitaire

  • Le modèle du disque unitaire (Unit Disk Graph, UDG)

    • Deux nœuds peuvent communiquer si la distance d qui les sépare

      est inférieure au rayon de communication Rc

  • Implications

    • Liens de communication déterministes

      • Deux nœuds communiquent toujours (u et v) ou jamais (v et w)

    • Aucun aléa lors des communications

Rc

w

d2

d1

v

u

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L al a du canal radio

L’aléa du canal radio

  • Liens de communication « probables »

    • Influence de nombreux facteurs

      • Distance

      • Environnement

      • Matériel (gain de l’antenne, fréquence, etc.)

      • Taille des messages

  • Aléa du canal radio

    • Possible de communiquer « accidentellement » avec un nœud lointain

    • Impossible de communiquer avec un nœud proche

1

2

6

u

3

5

4

Voisinage(u) : tous ou aucun potentiellement

Voisinage(u) : 2, 5, 6

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Mod lisation plus r aliste d un canal radio

Modélisation plus réaliste d’un canal radio

2

5

1

4

3

  • Approximation du modèle de masquage lognormal

    [Kuruvila, Nayak et Stojmenovic, 2005]

    • P(d(u,v)) = probabilité de réception sans erreur entre deux nœuds u et v

    • Les nœuds u et v peuvent évaluer P(d(u,v)) = P(u,v)

    • Liens de communication non déterministes

1

2

6

2

5

6

u

6

3

5

4

Soit x = d(u,v),

1

4

3

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Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Impact de l al a du canal radio gallais parvery carle gorce et simplot ryl 2006

Impact de l’aléa du canal radio [Gallais, Parvery, Carle, Gorce et Simplot-Ryl, 2006]

  • TGJD

    • Réception probabiliste des hellos  sous-connaissance du voisinage

    • Réception probabiliste des retraits  connaissance faussée

Les tables de voisinage sont erronées

car elles comportent des voisins qui se sont retirés

Surface couverte (%)

Densité du réseau

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Am lioration de tgjd gallais ingelrest carle et simplot ryl 2007

Amélioration de TGJD [Gallais, Ingelrest, Carle et Simplot-Ryl, 2007]

avec

  • Un nœud u est couvert par un ensemble C uniquement si :

  • But du jeu

    • Extraire des voisins non retirés un ensemble couvrant C

      ayant un risque minimum (NP-complet)

  • Heuristique employée

    • Soit A l’ensemble des voisins de u triés par ordre décroissant de P(u,v)

    • Soit C un ensemble vide

    • Tant que C ne couvre pas u, retirer le premier élément de A et l’ajouter à C

  • Si Risque(u, C) ≤seuil, alors u est couvert

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Am lioration de tgjd gallais ingelrest carle et simplot ryl 20071

Amélioration de TGJD [Gallais, Ingelrest, Carle et Simplot-Ryl, 2007]

Surface couverte (%)

Solution satisfaisante

mais mal adaptée

aux variations de densité

Densité du réseau

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Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Impact sur po et pn

Impact sur PO et PN

  • Mauvaises Réceptions  connaissance différente du voisinage

    ≠ connaissance erronée

  • Pire cas

    • aucun message reçu  aucun voisin connu  actif

Nœuds actifs (%)

Nœuds actifs (%)

Densité du réseau

Densité du réseau

Proportions de nœuds actifs légèrement accrues

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Impact sur pr et pnr

Impact sur PR et PNR

  • Messages de retrait  vulnérabilité similaire à TGJD

    • Perte des retraits => décision erronée

  • Proportions de messages de retrait

    • TGJD : au moins 80% des nœuds se retirent

    • PR et PNR : au plus 5% des capteurs reviennent sur leur décision initiale

    • Messages « sensibles » en nombre limité par rapport à TGJD

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Impact sur les proportions de n uds actifs

Impact sur les proportions de nœuds actifs

Couverture fournie par les nœuds actifs : 99-100%

Nœuds actifs (%)

Nœuds actifs (%)

Densité du réseau

Densité du réseau

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Bilan

Bilan

  • Introduction d’un modèle de canal radio plus réaliste

  • Chutes de performances pour TGJD

    • Amélioration proposée

    • Dépendante de l’application (réglage du seuil de risque)

  • Léger impact sur nos solutions

    • Augmentation des proportions de nœuds actifs

    • Pertes de couverture anecdotiques avec PR et PNR

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Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface

Plan

  • Les réseaux de capteurs sans fils

    • L’ordonnancement d’activité

    • La couverture de surface par des ensembles connectés

  • La couverture simple

    • Hypothèses principales et revue de la littérature

    • Contributions

      • Les relais de couverture de surface

      • Un protocole affranchi de découverte de voisinage

  • Extension à la couverture multiple

  • Impact de l’aléa du canal radio

    • Amélioration d'algorithmes existants

    • Comportements de nos contributions

  • Conclusion et perspectives

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Conclusion

Conclusion

  • Couverture simple

    • Propositions de solutions localisées à faible coût

    • Garantie de connexité pour tout rapport entre Rc et Rs

  • Couverture multiple

    • Extension des algorithmes localisés

    • Deux approches étudiées

      • Plate : simple modification de l’évaluation locale de couverture

      • Par couches : modification des mécanismes de décision

    • K-couverture par couches : surveillance par k ensembles disjoints connectés

    • Contrôle accru de l’activité des capteurs au cours d’une application

  • Prise en compte d’un modèle de communication plus réaliste

    • Améliorations proposées pour les approches affectées

    • Solutions robustes et toujours économiques

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Perspectives

Perspectives

  • Enrichir le modèle de communication

    • Modélisation existante suffisante ?

    • Pertes corrélées, interférences, …

  • Connexité du réseau avec des liens probabilistes ?

  • Implémentation des protocoles sur de vrais capteurs

    • Disque unitaire pour les communications

    • Disque unitaire pour la zone de surveillance

      • Introduction de nouveaux modèles d’observation

        (modèles probabilistes, capteurs directionnels)

    • Nœuds immobiles et positionnement parfait

      • Impact d’algorithmes de localisation peu précis ?

      • Impact ou exploitation de la mobilité (actionneurs) ?

Antoine Gallais – Ordonnancement d’activité dans les réseaux de capteurs : l’exemple de la couverture de surface


Ordonnancement d activit dans les r seaux de capteurs l exemple de la couverture de surface1

Ordonnancement d’Activitédans les Réseaux de Capteurs :l’Exemple de la Couverture de Surface

Antoine Gallais


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