Des réseaux de capteurs sans fil au service des infrastructures routières

D’une manière générale, TAPIOCA (chapitre 4) peut être utilisé sur n’importe quel support de communication. Toutefois, si les contrôleurs d’intersections sont par- fois connectés entre eux par câble (p. ex., fibre optique), le lien entre les capteurs est plus vraisemblablement sans fil. S’affranchir de connexions câblées permet notam- ment de réduire le temps de déploiement, au même titre que les prix d’installation. Si la plupart des contributions utilisant une telle architecture pour gérer les feux de circulation considèrent un réseau de communication idéal, exempt de pertes ou de collisions, nous étudions, dans ce chapitre, les effets d’une situation plus réaliste. Tout comme dans les chapitres précédents, nous assumons le choix d’utiliser un réseau de capteurs sans fil basé sur le standard IEEE 802.15.4, particulièrement adapté aux dispositifs dont la consommation énergétique peut être un frein.TAPIOCA repose sur une transmission régulière des véhicules comptabilisés, afin que, après un certain temps (si ce n’est immédiatement), le nœud de décision reçoive les informations. Dans les réseaux de capteurs sans fil, la perte de paquets due à des perturbations ou à des congestions peut toutefois causer de réels problèmes : les données peuvent être manquantes ou retardées et donc peuvent ne pas être à jour quand elles atteignent le nœud de décision. Compte tenu de ces facteurs, nous évaluons dans ce chapitre le comportement de TAPIOCA face à des contraintes de communication réelles. Nous supposons nous reposer sur l’architecture décrite par la figure 3.1 en section 3. 2, car elle reste la plus communément utilisée.

En nous basant sur une co-simulation – liant une simulation réseau à une simu- lation du trafic routier – nous évaluons l’architecture du réseau de capteurs sans fil dans la section 5. 5 et montrons l’importance des retards qui peuvent être générés,ainsi que des erreurs dans la comptabilisation des véhicules. En moyenne sur les simu- lations réalisées, le temps entre la génération et l’utilisation de mesures peut varier de 1 à 46 secondes. L’erreur de comptabilisation observée lorsque le nœud de décision calcule une nouvelle phase peut varier en fonction des retards de 6,6 % à 56,5 %. Cela signifie que le nombre de véhicules connus sur le nœud décision est potentiellement très éloigné du nombre de véhicules présents réellement, au même instant. Cela peut provoquer une perte importante dans le temps moyen d’attente des usagers. En effet, les décisions prises sur le nœud décision sont faussées par les retards de transmis- sion. En conséquence, l’algorithme de TAPIOCA doit être modifié afin de le rendre résistant aux pertes et aux retards, dans une certaine mesure.

Nous cherchons tout d’abord à savoir si l’effet des pertes de paquets et des retards pourrait être atténué avec un mécanisme de prédiction des données. Ce mécanisme remplacerait les données manquantes par des valeurs interpolées en cas de besoin.Les nœuds échangent périodiquement des comptabilisations de véhicules, qui re- flètent des situations à des moments différents. Afin de mettre en place un tel mé- canisme et permettre aux nœuds d’interpoler les valeurs manquantes, chaque nœud SN et DN maintient et transmet une estimation du taux de véhicules qu’il compta- bilise. qui sépare deux de ces événements sur le nœud i peut être approché en utilisant un filtre EWMA (Exponentially Weighted Moving Average, étant le paramètre de filtre) :Les nœuds fonctionnent de manière asynchrone et les décalages de l’horloge et les accès au support de communication peuvent ajouter des retards à la transmission du message. De ce fait, les nœuds DN définissent pour chaque nœud SN un timer (c.-à-d. une temporisation), dont l’expiration est programmée après secondes et qui est remis à zéro chaque fois qu’un message est reçu du nœud SN . Lorsque le timer expire, le nœud DN conclut qu’une donnée a été perdue.