Gestion de données en environnements mobiles

Intégration de données: Etat de l’art et solution probabiliste 

Environnement Mobile

Un environnement mobile est un système distribué 1 , qui est caractérisé par l’usage des appareils mobiles et des réseaux sans fil. Les appareils mobiles sont les unités de traitement et de stockage, alors que les réseaux sans fil sont utilisés pour la communication et la transmission des données. Les spécificités de ces deux constituants fondamentaux, influent beaucoup dans le fonctionnement du système. Ce chapitre comprend quatre sections. Dans les deux premières, nous donnerons les architectures et les caractéristiques d’un environnement mobile. Puis dans la section 3, nous verrons les technologies de communication sans fil existantes. Enfin dans la dernière section, nous parlerons de quelques mécanismes distribués utilisés dans de tels systèmes pour la gestion des données.

Architectures d’un environnement mobile

Le mode de fonctionnement d’un système mobile donne lieu globalement à deux architectures possibles : une architecture en mode infrastructure et une architecture en mode ad hoc. 1. Définit par Tanenbaum, Andrew S. comme : “ Un système distribué est défini comme étant un ensemble de machines indépendantes connectés par un réseau, mais pourtant agissant du point de vue des utilisateurs comme un seul et unique système cohérent.” 

Mode Infrastructure

Le mode infrastructure d’un système mobile se présente comme décrite sur la figure 1.1 et comprend deux entités distinctes [4, 5] : une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe (Fixed Network) est principalement constituée par des stations fixes (serveurs, stations de travail, etc.) qui communiquent via un réseau filaire classique à haut débit. Certaines de ses stations fixes sont appelés stations de base (base stations) ou stations de support de base (mobile support stations). Elles sont munies d’interface sans fil leur permettant de communiquer avec la partie mobile. La partie mobile, quant à elle est uniquement composée de stations mobiles (hôtes mobiles ou unités mobiles). Celles-ci utilisent des canaux sans fil pour communiquer entre elles ou pour se connecter aux stations de base qui jouent le rôle de passerelle (gateway) entre la partie filaire et la partie non filaire de l’infrastructure réseau. Les stations de base ne se limitent pas seulement aux fonctions de routage et de commutation mais peuvent aussi supporter des applications qui participent dans la gestion des données dans le réseau. Quant aux unités mobiles, elles peuvent être de nature diveres (laptops, notebooks, PDAs, capteurs, téléphones portables, etc.) et de configurations variées. Elles peuvent se déplacer librement au sein d’une zone géographique subdivisée en ≪ cellules ≫. Chaque cellule est gérée par une station de base particulière et une unité mobile ne peut être connectée à un instant donné qu’à une seule station de base. Le processus de passage d’une cellule à une autre est assuré par un protocole appelé ≪ Handover ≫ et est rendu transparent aux mobiles

Mode Ad hoc

En mode ad hoc, le syst`eme mobile est construit de mani`ere spontanée et il n’est constitué que de stations dotées d’interface sans fil. Les communications, comme le montre la figure 1.2, peuvent se faire de mani`ere directe entre toute paire d’unités appartenant à l’environnement, sans avoir  Dans ce cas de figure, on a affaire à des unités autonomes dans la gestion des données et des communications. Globalement, l’usage d’unités mobiles et des réseaux sans fil, introduit quelques nouveaux défis dans la gestion de la disponibilité et de la cohérence des données, mais aussi dans l’exécution des transactions mobiles. Nous verrons dans la section suivante, les caractéristiques du syst`eme mobile, ensuite nous parlerons bri`evement des technologies existantes pour la communication sans fil. 1.2 Caracteristiques d’un environnement mobile ´ L’environnement mobile est caractérisé par la mobilite des appareils ´ , les communications sans fils et les contextes/conditions de travail tres impr ` evisibles ´ . Dans [2, 4], les auteurs ont proposé une étude assez détaillée des caractéristiques citées ci-dessus. Nous nous en inspirons dans la suite Mouhamadou Lamine BA 9 10 Chapitre 1 Environnement Mobile FIGURE 1.2 Architecture d’un environnement mobile en mode Ad Hoc de cette section. 1.2.1 Les appareils mobiles Dans certains cas (e.g. fonctionnement en mode infrastructure), le système mobile comprend des unités fixes (serveurs, stations de base, PCs, etc.) disposant de ressources assez suffisantes et connectées à un réseau filaire. Néanmoins la mobilité (mobilité utilisateur et mobilité matérielle) a entrainé l’utilisation croissante d’appareils dits ≪ mobiles ≫. Ces appareils mobiles sont caractérisés par leur portabilité, donc sont en général tr`es légers et de petite taille. De ce fait, les limitations sont nombreuses, tant du point de vue énergétique (utilisation de batteries comme source d’énergie), que sur le plan du stockage des informations (espace mémoire et de stockage secondaire disponibles assez limitée) ou de puissance de calcul.

Caractéristiques d’un environnement mobile 

L’énergie électrique demeure une ressource critique, en dépit des efforts de la technologie avec l’av`enement d’appareils mobiles (exemple les machines portables) avec des caractéristiques comparables à celles des stations fixes en termes de capacités de stockage et de traitements. Enfin, l’unité mobile est moins fiable et moins sécurisée que l’unité statique à cause de sa tr`es forte vulnérabilité aux pannes, aux vols et aux pertes. 1.2.2 Les reseaux sans fil ´ Ils constituent le principal support de communication dans un syst`eme mobile. L’échange et la communication entre stations se font via les interfaces sans fil. Contrairement aux technologies filaires fiables avec des mécanismes de gestion des données tr`es avancées, les réseaux sans fil sont caractérisés par des débits tr`es variables et une connectivité intermittente (déconnexion tr`es fréquente, par exemple passage dans une zone d’ombre). La qualité des connexions peut être influencée par les spécificités de la technologie sans fil utilisée (taux d’erreurs, temps de latence, bande passante, espace de couverture, etc.)(Cf. Section 1.3), par la localisation de l’unité mobile, ou par les caractéristiques de l’interface sans fil de l’appareil mobile de l’usager. En plus, les canaux sans fil sont moins fiables en termes de transmission (temps de latence ou taux de retransmission élevé). Ils offrent des techniques de sécurisation des transmissions et de communication moindres comparées à celles des réseaux filaires classiques. 1.2.3 Contextes et Conditions de travail Les contextes et les conditions de travail dans un environnement mobile sont tr`es imprévisibles. Le syst`eme reste tr`es hétérog`ene et requiert la conception d’algorithmes distribués efficaces pour assurer une bonne gestion des données. Le syst`eme mobile est caractérisé par quatre modes de fonctionnement : connecté, partiellement déconnecté, déconnecté, veille. Le passage d’un mode à   un autre peut être fortement causé par des contraintes sur l’unité mobile ou sur le réseau sans fil. Par conséquent, les ressources disponibles et la qualité du service peuvent varier à tout moment à cause des facteurs matériels et logiciels cités ci-dessus. Le changement de conditions de travail peut être une action volontaire, pour des raisons d’économie de ressources (e.g par soucis d’économie d’énergie électrique), ou involontaire, du fait de perturbations ou de surcharge du système. Des applications mobiles, logiciels s’exécutant sur un appareil mobile pour traiter des tâches utilisateur ont aussi vu le jour. Elles permettent, entre autres, aussi bien d’accéder à des services basiques comme la téléphonie, la messagerie, qu’à des services plus avancées telles que le ebanking, le e-shopping, etc. Le tableau 1.1 résume les caractéristiques principales des unités mobiles et des canaux de communications sans fil.