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Ordonnancement d’Activité dans les Réseaux 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. 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 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

slide3
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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slide4
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.

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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

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r seaux de capteurs sans fils surveiller une for t
Réseaux de capteurs sans fils : surveiller une forêt

Station de base

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slide8
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

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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
  • …………………

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

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 ?

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slide13
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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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

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

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

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

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 ?

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slide24
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

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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slide28
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

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

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

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

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

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

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

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

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

slide38
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 ?

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

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

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

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

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

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

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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

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slide49
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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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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slide53
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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slide57
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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slide62
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

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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) ?

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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