Les handicapes des réseaux de capteur sans fil

WPAN ( Wireless Personal Area Network )

Il définit la norme IEEE 802.15, elle est destiné pour les réseaux personnels d’une dizaine de mètres de portée avec une faible consommation d’énergie. Cette norme est divisée en plusieurs catégories.

IEEE 802.15.1 : La plus connu qui prends la charge de la norme Bleutooth , lancée par Ericsson en 1994, proposant un débit théorique de 1 Mbps pour une portée maximale d’une trentaine de mètres. Cette technique utilisée dans les téléphones mobiles, périphériques informatiques et autres appareils portables comme les assistants personnels (PDA) [2].

IEEE 802.15.4 : Prends la charge de la norme Zigbee, a pour objectif de consommer peu d’énergie, de telle sorte qu’une petite batterie puisse tenir presque toute la durée de vie de l’interface, mais à un débit faible. Les noeuds sont conçus pour fonctionner plusieurs mois (jusqu’à 2 ans) en autonomie complète grâce à une simple pile alcaline de 1,5 V [3].

IEEE 802.15.3 : Prends la charge de la norme UWB (Ultra Wide Band) connaît actuellement un essor spectaculaire. Elle est destinée à la transmission de données à très haut débit 480 Mbits/s sur une distance de 10 mètres au maximum , envisageable pour la liaison entre PC et ses périphériques ( USB, Clavier, Souris…etc) [1].

Infrarouge : Cette technologie est beaucoup plus sensible que Bluetooth aux perturbations lumineuses et nécessite une vision directe entre les éléments souhaitant communiquer, Cette technologie est largement utilisée pour la domotique (télécommandes).

3.5 WWAN (Wireless Wide Area Network) Recouvrent essentiellement les réseaux voix avec ses extensions données dont les débits sont relativement faibles de quelques dizaines de kbit/s (10 à 384 kbit/s). Plusieurs évolutions connus comme (GSM et UMTS, 4G) et évoluer vers des générations intermédiaires comme le GPRS, HSDPA, HSUPA qui seront présentés dans le paragraphe suivant : GSM Le réseau GSM (Global System for Mobile Communications) constitué au début du 21ème siècle le standard de téléphonie mobile le plus utilisé en Europe. Il s’agit d’un standard de téléphonie dit « de seconde génération » (2G), qui permet la transmission de la voix et des données. Il utilise une liaison radiotéléphonique entre le terminal et le réseau. GPRS Le GPRS (General Packet Radio Service ) est la version intermédiaire s’agit d’un standard de téléphonie dit (2,5 G) , elle est basée de la même infrastructure du GSM mais avec double réseaux coeur, l’un pour commutation des circuits et l’autre pour commutation des paquets qui autorisent un débit de 14,4 Kbits/s. EDGE Le EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) s’agit d’une simple évolution de la technologie GSM/GPRS et du système TDMA (Time division Multiple Access) permettant d’obtenir un débit qui peut aller jusqu’à 384 Kbps. Ce standard utilise une nouvelle modulation du signal « 8PSK » (Phase-Shift Keying ) qui permet d’améliorer l’efficacité spectrale et la capacité du réseau. Un terminal mobile dans un réseau EDGE est capable de transmettre et de recevoir sur plusieurs intervalles de temps (IT). Cette technique permet de définir des circuits allant jusqu’à 6 IT alloués aux mobiles par trame TDMA [6]. UMTS (3G) La norme UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) est une évolution de la deuxième génération à la troisième génération (3G). Les bandes de fréquences allouées à l’UMTS se situent autour de 2 GHz. L’accès au canal utilise la technique du W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) [1].

Problématiques des réseaux Ad-hoc

Comme les réseaux Ad-hoc ont beaucoup d’avantages et caractéristiques, peuvent aussi avoir des difficultés ou des problèmes, nous allons les présenter dans ce qui suit :

Atténuation : le signal s’attenu rapidement en fonction de la distance (bien plus rapide que sur un câble) induit l’impossibilité pour un émetteur de détecter une collision au moment même où il transmet. Dans un réseau filaire, un émetteur sait qu’il y a collision quand le signal qu’il lit sur le câble est différent de celui qu’il cherche à émettre. Dans un réseau radio, un signal venant d’un autre noeud est tellement attenue par la distance qu’il ne provoquera que des perturbations négligeables par rapport au signal émis localement [11].

Sécurité : un problème reste très difficile à contrôler, notamment le signal d’information qui se propage dans l’interface air est relativement vulnérable, une écoute clandestine est simple à réaliser qui permettent à un adversaire d’avoir accès à des informations secrètes, et des attaques actives qui peuvent détruire, injecter, modifier des messages et usurper l’identité d’un noeud. Energie limitée : les applications relatives aux réseaux sans fil ont en général un caractère nomade et tirent leur autonomie de batterie. En effet, l’émission ou la réception d’un signal d’information consomme l’autonomie d’énergie .

La puissance du signal : ce facteur dépend de la portée et également limité par des règlementations très strictes ainsi que les stations mobiles doivent être légères, de petite taille et surtout doivent être capable de fonctionner de manière autonome (batterie). La prise en compte de tous ces éléments participe à la faible puissance de l’électronique embarquée.

La topologie dynamique : chaque terminal mobile est amené à se déplacer dont la topologie des réseaux change fréquemment. Le voisinage d’un noeud peut varier continuellement : à tout moment des stations peuvent joindre ou quitter le réseau.

Qualité de service : de nombreuses applications multimédia ou temps réel ont besoin de certaines garanties relatives liées au débit, au délai ou encore à la gigue. Dans un réseau Ad-hoc , il est très difficile d’obtenir ces garanties. Ceci est du à la nature du canal radio (interférences et taux d’erreur élevés) ainsi que les modèles IntServ (Integrated Services ), DiffServ (Differentiated Services) sont utilisés dans les réseaux filaire reste mal adaptés aux réseaux Ad-hoc à cause de leur topologie dynamique et leurs ressources limitées en terme de bande passante et d’énergie.

Applications des RCSF

La miniaturisation, l’adaptabilité, le faible coût et la communication sans fil promis plusieurs applications envisagées dans les réseaux de capteurs, font toujours l’objet d’une recherche et d’un développement actifs universitaires ou industriels dont le but de la réalisation de plusieurs types d’applications. Ces dernières peuvent être subdivisées en plusieurs domaines militaire, environnement, médical…etc. Nous décrivons ici brièvement certains domaines pour donner une idée de cette étendue. Applications militaires Les réseaux de capteurs sans fil peuvent constituer des modules intégraux dans les systèmes militaires de commandes, contrôle, communication, calcul, intelligence, surveillance, reconnaissance et ciblage afin de surveiller toutes les activités des forces ennemies ou d’analyser le terrain avant d’envoyer des troupes [12]. Applications environnementales Les applications environnementales des réseaux de capteurs peuvent permettre de détecter des incendie, surveiller des catastrophes naturelles (séismes, inondations..), surveiller des phénomènes météorologiques, de détecter de la pollution [13]. Applications médicales Les capteurs peuvent être implantés dans le corps humain pour contrôler les problèmes médicaux comme le cancer dont le but de surveiller les patients et l’avancement de leurs états dans un hôpital, comme aussi ils peuvent détecter les battements de coeur et la pression du sang…etc.

Applications commerciales Les capteurs possèdent également d’autres applications dans le domaine commerciale parmi les quelles on peut énuméré, contrôler la qualité des produits, aussi la détection et surveillance des vols de voitures… etc.  Conclusion générale Les réseaux de capteurs sans fil ont un large potentiel et constituent un sujet de recherche innovant ainsi qu’un outil convoité par plusieurs domaines. Cependant, il y a encore beaucoup de problèmes qui doivent être abordés pour un fonctionnement efficace de ces réseaux dans des applications réelles, dont le routage dans les réseaux de capteurs et la gestion d’énergie sont des domaines de recherche d’une grande fertilité. Toutefois, tout au long de notre projet, nous avons constaté que l’implémentation d’un réseau de capteurs sans-fil pour la détection de la température, l’humidité, CO et CO2 pose de grands défis auxquels il faut répondre. Parmi ces défis, la maitrise du système d’exploitation TinyOs et du langage NesC à cause de la documentation très succincte. D’un point de vue personnel ce projet nous a permis de découvrir la programmation sur des systèmes embarqués, qui doit tenir compte aux ressources limitées, ainsi la conception d’un site web dynamique pour la visualisation des résultats obtenues qui nous a permet d’apprendre mieux manipuler les langages PHP, HTML et CSS et approfondir nos connaissance sur le langage SQL avec le MySQL. Comme perspective de ce travail on propose de développer un kit de capteurs manipulable et facile à installer par des gens hors domaine qui contient un ensemble de capteurs et une carte Raspberry Pi accompagnée d’une clef 3G. Nous envisageons tout cela dans nos futurs travaux de recherche qu’il soient d’ordre individuels, professionnels ou académiques.