Outil de dimensionnement trans-niveaux de réseaux de capteurs sans fil contraints en énergie

Abstract

Un Réseau de Capteurs Sans Fil (RCSF) est composé d’un ensemble de noeuds alimentés par batterie, associant des capteurs à une unité de traitement et à un émetteur-récepteur sans fil. De nos jours, les RCSF font l’objet de nombreux travaux de recherche et développement. En effet, ces réseaux constituent une solution intéressante afin d’apporter une réponse à différents enjeux sociaux, sociétaux et économiques tels que le déploiement des Smart Grids ou la supervision à distance de la santé de personnes dans un contexte de vieillissement de la population. Ces RCSF ont la capacité d'être déployé dans des environnements contraints, tels que les forêts, les volcans et les bâtiments, pour atteindre divers objectifs : la localisation d’objets et d’individus mais aussi la surveillance de phénomènes physiques, comme les signaux physiologiques de patients ou la température ambiante d’un bâtiment.Cependant, le déploiement de ces RCSF est souvent rendu critique en raison des contraintes imposées par l'environnement d’application, par exemple, les températures pouvant être subies lors de la supervision d’un volcan, ou la difficulté d’accès aux noeuds lorsque ceux-ci sont utilisés pour la surveillance de l'état structurel d'une autoroute ou d'un bâtiment. Par conséquent, les chercheurs et développeurs de ce type de réseau ont besoin d'outils pour tester et évaluer, dans le cadre du processus de conception d'un RCSF, les performances des noeuds et du réseau avant de le déployer dans un environnement réel.Dans ce contexte, les outils de simulation peuvent apporter une solution permettant un gain de temps, une limitation des coûts et des efforts avant le déploiement d’un tel réseau dans son environnement d’utilisation. Ces outils sont donc aujourd’hui largement répandus et utilisés pour évaluer les performances d’un RCSF mais aussi les propositions issues de travaux de recherche relatifs à ce type de réseau. Néanmoins, la conception d'un RCSF, dédié à une application, doit tenir compte de sa structure multi-niveau : topologie, noeuds et circuits. Ainsi, pour aborder les principaux défis liés au RCSF, tels que la problématique d’autonomie énergétique des noeuds, la modélisation de ces réseaux est considérée comme une tâche complexe car l'approche de modélisation utilisée doit considérer sa structure multi-niveau afin de fournir des résultats exploitables provenant simultanément de niveaux d’abstraction différents.Dans cette thèse, nous définissons, proposons et implémentons un modèle trans-niveaux orienté énergie dédié au RCSF permettant de considérer simultanément différents niveaux d'abstraction : topologie, noeuds et circuits. Ce modèle est capable de tracer la consommation énergétique à partir de différents points de vue : l'activité spécifique d'un circuit, les activités d'un circuit ou d'un noeud, ainsi que son impact sur la durée de vie du RCSF. Notre modèle est ensuite implémenté dans un simulateur de RCSF dédié afin, en considérant différents scénarios, de comparer les résultats obtenus avec un simulateur existant et des noeuds réels dans le but de valider la pertinence de notre approche.