Les technologies sans fil

Les technologies sans fil offrent des nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications et des réseaux informatiques. Grâce aux progrès faits, il est apparu un nouveau type de réseau ad-hoc, qui sont les réseaux de capteurs sans fil. Il s’agit d’une nouvelle technologie qui a surgi après les grands progrès technologiques concernant le développement des capteurs intelligents, des processeurs puissants et des protocoles de communications sans fil et leurs composants de base. Les nœuds de ce type de réseaux consistent en un grand nombre de micro-capteurs capables de récolter et de transmettre des données environnementales d’une manière autonome. La position de ces nœuds n’est pas obligatoirement prédéterminée. Ils sont dispersés aléatoirement à travers une zone géographique, appelée champ de captage, qui définit le terrain d’intérêt pour le phénomène capté. Les données captées sont acheminées à un nœud considéré comme un « point de collecte », appelé nœud puits. Ce dernier peut être connecté à l’utilisateur du réseau via Internet ou un satellite. Ainsi, l’usager peut adresser des requêtes aux autres nœuds du réseau, précisant le type de données requises et récolter les données environnementales captées par le biais du nœud puits.

Aujourd’hui on retrouve ce type de réseau aussi bien dans la surveillance industrielle, que dans la mesure de données environnementales, la détection d’incendie, l’agriculture, le bien être des individus ou bien encore dans le domaine militaire.

L’application que nous proposons fait partie de domaine médical et le bien être, elle a pour but de créer physiquement un réseau de capteurs, destiné à la surveillance des nourrissons à distance et en temps réel. Nous nous sommes proposé de réaliser cette implémentation un nœud puits chargé de transmettre au personnel de surveillance les informations récoltées en utilisant l’environnement de développement ARDUINO associé avec un module de transmission RF opérant sur la bande fréquentielle ISM (Industrielle, Scientifique et Médical).

Les nourrissons à surveiller sont associés à un nœud composant du grand réseau de capteur implémenté. Les nœuds nourrissons sont chargés de récolter les informations physiologiques : ils font intervenir trois capteurs intégrés aux habits des nourrissons en technologie E-textile, qui fait partie du large domaine de la technologie Wearable: capteur de température, microphone sensible et calculateur d’orientation. Pour assurer la communication avec les autres nœuds du réseau, ces capteurs sont liés avec un module RF par l’intermédiaire d’un ordinateur embarqué en environnement Arduino.

Les réseaux de capteurs sans fil sont une nouvelle technologie qui a surgi après les grands progrès technologiques concernant le développement des capteurs intelligents, des processeurs puissants et des protocoles de communication sans fil et leurs composants de base. Ce type de réseau, composé de centaines ou de milliers d’éléments, a pour but la collecte de données de l’environnement, leur traitement et leur dissémination vers le monde extérieur.

Capteurs

Un capteur est une entité à capacités de calcul et de mémoire limitées, capable d’obtenir des informations sur son environnement : La température, la pression, la luminosité, ou la présence d’un gaz pour citer des exemples d’informations qu’un capteur est capable de recueillir .

Un «nœud capteur» contient quatre unités de base : l’unité de captage, l’unité de traitement, l’unité de transmission, et l’unité de contrôle d’énergie. Selon le domaine d’application, il peut aussi contenir des modules supplémentaires tels qu’un dispositif de localisation (GPS), ou bien un dispositif générateur d’énergie (cellule photovoltaïque). Parfois des capteurs, plus volumineux, sont pourvus d’un dispositif mobilisateur chargé de les déplacer en cas de besoin.

Unité de captage

Le capteur est le plus souvent composé de deux sous-unités : le récepteur (effectuant l’analyse) et le transducteur (convertissant le signal du récepteur en signal électrique). Le capteur apporte des signaux analogiques, basés sur le phénomène observé, au convertisseur Analogique/Numérique. Ce dernier transforme ces signaux en un signal numérique compréhensible par l’unité de traitement.

Unité de traitement 

Elle comprend un processeur le plus souvent associé à une petite unité de stockage. Elle fonctionne avec un dispositif d’exploitation particulièrement conçu pour les micro-capteurs. Elle exécute les protocoles de communications qui permettent de faire «participer» le nœud avec les autres nœuds du réseau. Elle peut aussi analyser les données captées pour alléger la tâche du nœud puits.

Unité de transmission

Elle effectue l’ensemble des émissions et réceptions des données sur un medium «sans-fil». Elle peut être de type optique (comme dans les nœuds Smart Dust), ou de type radio-fréquence. Les communications de type optique sont robustes vis-à-vis des interférences électriques. Néanmoins, ne pouvant pas établir de liaisons à travers des obstacles, elles présentent l’inconvénient d’exiger une ligne de vue permanente entre les entités communicantes. Les unités de transmission de type radio-fréquence comprennent des circuits de modulation, démodulation, filtrage et multiplexage. Concevoir des unités de transmission de type radio-fréquence avec une faible consommation d’énergie est un défi car pour qu’un nœud ait une portée de communication suffisamment grande, il est indispensable d’utiliser un signal assez puissant et par conséquent une énergie consommée importante. L’alternative consistant à utiliser de longues antennes qui n’est pas envisageable à cause de la taille réduite des microcapteurs.

Unité de contrôle d’énergie

Un micro-capteur est pourvu d’une ressource énergétique, généralement une batterie. Étant donné sa petite taille, cette ressource énergétique est limitée et le plus souvent nonremplaçable. Ceci fait fréquemment de l’énergie la ressource la plus précieuse d’un réseau de capteurs, car elle influe directement sur la durée de vie des micro-capteurs et par conséquent du réseau entier. L’unité de contrôle d’énergie doit répartir l’énergie disponible aux autres modules, de manière optimale : en réduisant les dépenses inutiles et en mettant en veille les composants inactifs. Cette unité peut aussi gérer des dispositifs de rechargement d’énergie à partir de l’environnement via des cellules photovoltaïque par exemple.