Les réseaux de capteurs sans fil

Les dernières avancées technologiques dans les domaines des communications sans fil ont permis le développement de capteurs sans fil à faible consommation énergétique. Ces petits dispositifs sont inter-connectés les uns aux autres pour former des réseaux de capteurs sans fil et sont ensuite déployés dans une zone d’intérêt afin de gérer des tâches spécifiques. L’attrait croissant suscité par les réseaux de capteurs sans fil aussi bien dans monde de la recherche que celui de l’industrie peut aisément être compris si on considère le large éventail d’applications qu’offre ce type d’infrastructures [7] [63]. Ils offrent aussi une perspective intéressante, celle de réseaux pouvant s’autogérer sans interventions humaine faisant d’eux des composants clés de l’Internet des objets. Un réseau de capteur sans fil peut être plus ou moins dense, en fonction de la taille de la zone de déploiement et de l’application visée. Le plus souvent, les capteurs disposent de composants leur permettant d’évaluer des caractéristiques physiques de l’environnement dans lequel ils sont déployés (température, humidité, etc). Cependant, certains peuvent directement interagir avec ce milieu environnent par le biais d’éléments embarqués puissants. Toutes les informations collectées dans un réseau de capteurs sans fil convergent vers un puits (Sink) ou collecteur, chargé de les traiter et de les mettre à disposition des utilisateurs.

Les capteurs sans fil sont des petits dispositifs généralement dotés de quatre composants élémentaires : une unité de capture, une unité de traitement, une unité de communication et une batterie [7]. La figure 2.1 illustre les composants physiques élémentaires d’un capteur sans fil. L’unité de capture ou d’acquisition est comme son nom l’indique en charge de capturer des mesures sur le phénomène observé et de les transmettre à l’unité de traite- ment. Un CAN (Convertisseur Analogique-Numérique) gère la conversion des signaux analogiques provenant de l’unité de capture en signaux numériques interprétables par l’unité de traitement. Les réseaux de capteurs sont généralement déployés dans une zone donnée pour observer un phénomène spécifique. En fonction du type d’informations récoltées, ils peuvent être destinés à plusieurs domaines d’applications parmi lesquels nous comp- tons les applications : militaires, environnementales, médicales, domotiques ou encore industrielles [7]. La figure 2.2 illustre quelques applications possiblesParmi les applications environnementales des réseaux de capteurs sans fil, nous pouvons citer : la surveillance des flux migratoires d’oiseaux ou de certains animaux [52] [57], la surveillance des domaines forestiers et la détection d’incendies facilitant ainsi la lutte contre les feux de forêt [21], le suivi agricole, la détection de pollution dans les sites urbains ou les fuites de produits toxiques dans les sites industriels et bien d’autres applications encore..

Les réseaux de capteurs sans fil trouvent facilement leur utilité dans le domaine médical. À l’aide de micro-capteurs déployés sur le corps humain ou éventuellement implantés, une surveillance permanente des constantes vitales d’un patient peut être assurée [34]. De plus, certains diagnostiques peuvent être facilités en mesurant en temps réel ou en étudiant certaines données physiologiques (tension artérielle, rythme cardiaque, etc) collectées et stockées dans la mémoire des capteurs. Enfin, certains comportements inhabituels peuvent être détectés (chute, évanouissement, etc).Avec les progrès technologiques, les capteurs sans fil peuvent être embarqués dans des appareils du quotidien (thermostat, lampe, interrupteurs, etc) et les appareils élec- troménagers. Ces capteurs peuvent interagir aussi bien les uns avec les autres ou bien avec un réseau externe via internet permettant ainsi à l’utilisateur de contrôler ses appareils à distance. Nous pouvons aisément imaginer la multitudes d’actions et de scénarios dans le cadre de la maison intelligente qui deviennent possibles telles que : la lumière s’allume quand je rentre dans une pièce, le chauffage et la climatisation s’ajustent en fonction de la température de certains points de mesures et bien d’autres scénarios encore. Il est possible d’utiliser les réseaux de capteurs sans fil dans des contextes indus- triels. À titre d’exemple nous citons : le suivi de chaine de production, la gestion d’inventaire, le contrôle de qualité, etc. De façon générale, les réseaux de capteurs sans fil permettent aux entreprises d’améliorer la qualité de service tout en réduisant les coûts..

Dans les réseaux de capteurs sans fil, les nœuds disposent de la faculté d’extraire, de traiter et de combiner des données, tout en offrant accès à celles-ci, interagissant ainsi avec leur environnement. Les contraintes de taille, d’énergie et de coût imposées régissent la production de capteurs, limitant ainsi la puissance de calcul de l’unité de traitement [7]. À titre d’exemple, l’Imote2 de MEMSIC dispose d’un processeur 32 bits cadencé en mode économie à 13 Mhz et d’un espace mémoire de 256 Ko. Le Telos B a un processeur de 16 bits pour une fréquence de 8 Mhz et un espace mémoire total de 58 Ko [2]. En dépit de leur disparité, les capteurs doivent pouvoir collaborer et s’échanger des informations pour des applications communes.