Mécanismes utilisés pour atteindre les caractéristiques des RCSFs

Aperçu sur les réseaux sans fils

L’essor des technologies sans fil, offre aujourd’hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. L’évolution récente des moyens de la communication sans fil a permet la manipulation de l’information à travers des unités de calculs portables qui ont des caractéristiques particulières (une faible capacité de stockage, une source d’énergie autonome..) et accèdent au réseau à travers une interface de communication sans fil. Comparant avec l’ancien environnement (l’environnement statique), le nouvel environnement résultant appelé l’environnement mobile, permet aux unités de calcul, une libre mobilité et il ne pose aucune restriction sur la localisation des usagers. La mobilité (ou le nomadisme) et le nouveau mode de communication utilisé, engendrent de nouvelles caractéristiques propres à l’environnement mobile : une fréquente déconnexion, un débit de communication et des ressources modestes, et des sources d’énergie limitées. Les environnements mobiles offrent une grande flexibilité d’emploi. En particulier, ils permettent la mise en réseau des sites dont le câblage serait trop onéreux à réaliser dans leur totalité.

L’évolution des dispositifs de calcul et les progrès dans l’infrastructure de communication ont abouti à la croissance rapide des réseaux sans fil. Ceux-ci sont géographiquement étendus (GSM, Wimax), locaux (802.11, Zigbee) ou personnels (Bluetooth). On trouve également les NFC (Near Field Communication) utilisés pour de nouveaux services (paiement des transports, affichage d’informations contextuelles…) et des RFID qui permettent d’optimiser le fonctionnement des processus internes de l’entreprise, comme la logistique, la traçabilité ou la production par exemple. On assiste à la croissance exponentielle des réseaux cellulaires qui sont basés sur la combinaison de technologies câblées et sans fil. Dans les réseaux cellulaires, comme les GSM, chaque antenne couvre un territoire défini et lors des déplacements de l’utilisateur le téléphone mobile change de cellule. On dit que ce type de réseau a une infrastructure fixe bien définie. Lorsque cette infrastructure pour gérer le réseau n’existe pas, on parle alors de réseau Ad-hoc. Un tel réseau se caractérise donc par l’absence d’infrastructure pour les noeuds qui le composent. Les noeuds jouent donc un rôle primordial dans le transfert des informations et la gestion du routage de celles-ci, devant entre autre gérer les reconfigurations topologiques. Cette caractéristique, couplée à la forte implication des noeuds dans le transfert des informations via des technologies sans fil, rendent la qualité de service, le routage et la sécurité beaucoup plus complexes à réaliser. Dans ce chapitre, on va introduire notre thèse et positionner le sujet dans la thématique des réseaux sans fils .nous présentons les principes et les caractéristiques des réseaux sans fils et leurs domaines d’application.

Applications :

•Recherche et sauvetage : Quand nous sommes en face d’un tremblement de terre, un ouragan ou bien n’importe quel désastre, les réseaux sans fil ad hoc peuvent s’avérer très utiles dans les opérations de la recherche et sauvetage. En général, les désastres laissent une grande population sans électricité et moyens de communication. Les réseaux sans fil ad hoc peuvent être établis sans de telles infrastructures et peuvent fournir des transmissions entre les diverses équipes de recherche pour coordonner leurs opérations de sauvetage [8] ; [3].

•Domaine militaire : La transmission sécurisée est un des aspects principaux de toutes opérations militaires réussies. En outre, beaucoup d’opérations de la défense ont lieu dans des endroits où l’infrastructure de transmission n’est pas disponible. L’utilisation des réseaux sans fil ad hoc et de capteur dans de telles situations devient très utile. Les différentes unités (armée terrestre, marine, et l’armée de l’Air) impliquées dans des opérations militaires doivent également garder la transmission entre eux. Les avions de l’armée de l’air volant dans un groupe peuvent établir un réseau sans fil ad hoc pour communiquer entre eux et échanger des images et des données. Les groupes d’armée en mouvement peuvent également utiliser les réseaux sans fil ad hoc pour communiquer entre eux-mêmes. La même chose s’applique à la marine. L’idéal de ce type de communication est que le réseau ad hoc se déplace avec les combattants sur terre ou les avions en air. Une des nombreuses applications des réseaux sans fil ad hoc (en particulier de capteur) est la collecte de l’information. Les capteurs utilisés pour de telles applications sont essentiellement jetables et sont utilisés une fois pour une application. Les capteurs peuvent être déployés en grandes quantités dans la zone choisie pour la collecte intelligente de l’information. Les capteurs peuvent être déployés par avion ou par d’autres moyens. En raison de leurs tailles très petites, les capteurs resteront suspendus dans l’air un certain temps. Pendant ce temps, ils peuvent rassembler l’information pour laquelle ils ont été programmés, traitent l’information, partagent l’information collectée avec d’autres capteurs voisins, et transmettent l’information à un noeud central. L’information peut alors être analysée au service de traitement central, et une décision au sujet de la prochaine étape peut être prise. Les réseaux de capteur peuvent également être utilisés pour repérer des objets ou des cibles, qui sont un des applications critiques dans le domaine militaire [3] ; [8].

•Domaine de la santé : L’échange de l’information multimédia (audio, vidéo, et données) entre le patient et les équipements est très utile dans des situations critiques et d’urgences. Un individu qui est transporté à l’hôpital dans une ambulance peut envoyer de l’information en utilisant les réseaux ad hoc. Un docteur, dans beaucoup de situations, est en bonne position pour diagnostiquer et préparer un traitement pour un patient s’il a une vidéo plutôt que juste des données. Par exemple, la vidéo peut être utile en évaluant les réflexes et en visualisant la capacité de coordination d’un patient. De même, la gravité des blessures d’un patient peut être établie mieux avec l’information visuelle qu’avec information sonore ou juste autre information. L’échographie des reins d’un patient, du coeur, ou d’autres organes, en temps réel, peut être très utile en préparant un traitement pour un patient qui est transporté à l’hôpital, avant son arrivée. Une telle information peut être communiquée par les réseaux sans fil, d’une ambulance à un hôpital ou à des chirurgiens qui sont dispersés dans différents endroits mais ils convergent vers l’hôpital pour traiter le patient.

Les réseaux sans fil ad hoc installés dans les maisons peuvent être très utiles pour surveiller les patients chez eux. Ces maisons intelligentes peuvent prendre quelques décisions de base, (basées sur l’information échangée entre les différents capteurs du réseau ad hoc), qui sont bénéfiques aux personnes âgées. D’autres informations peuvent être collectées par les maisons intelligentes comme la surveillance des mouvements au sein de la maison, en reconnaissant une chute d’un être humain, ou bien une situation inhabituelle, et d’informer un organisme approprié afin que l’aide puisse être fournie, à temps. Le concept des tenues intelligentes, qui sont examinées dans la section sur le domaine militaire (ci-dessus), peut également être utilisé pour surveiller les conditions de santé des patients. Ces tenues peuvent devenir très utiles pour fournir les soins aux personnes âgées [3];[8].

Localisation dans les réseaux de capteurs

La capacité de localisation (estimation de la position) est essentielle dans la plupart des applications de réseaux sans fil de capteurs. Dans les applications de surveillance de l’environnement comme : la surveillance de l’habitat des animaux, la surveillance de la qualité de l’eau et l’agriculture de précision. Les données de mesures ne sont pas une connaissance précise de l’endroit d’où les données sont obtenues. Par ailleurs, la disponibilité d’informations de localisation permet l’apparition de nouvelles applications telles que la gestion des stocks, la détection d’intrusion, le suivi de la circulation routière, la surveillance de la santé, etc.…La plupart des procédés employés pour déterminer une position sont basés sur des calculs géométriques comme la triangulation (en mesurant des angles par rapport à des points fixes ou des noeuds connaissant leur position) et la trilatération (en mesurant la distance entre les noeuds). Pour connaître la distance entre deux noeuds, plusieurs techniques peuvent être utilisées, comme la synchronisation, la puissance de signal reçu ainsi que les caractéristiques physiques de l’onde porteuse. D’autres approches, comme les caractéristiques du signal radio reçu et l’angle de l’arrivée peuvent être également appliquées pour le calcul de position. Les techniques de localisation dans les WSN’s sont utilisées pour estimer l’emplacement des capteurs sans position connu auparavant dans le réseau en utilisant les informations de position de quelques capteurs spécifiques dans le réseau et leurs intermesures tels que : la distance, le décalage horaire d’arrivée, l’angle d’arrivée et la connectivité. Les capteurs avec les informations de localisation, a priori connus, sont appelés ancres ou références et leurs emplacements peut être obtenu en utilisant un système de positionnement global (GPS), ou bien en installant des points d’ancrage à des points avec des coordonnées connues.