Routage g éographique dans les r éseaux de capteurs et actionneurs

• Main Author: Gouvy, Nicolas
• Language: fra
• Published: Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I 2013
• Subjects: [INFO:INFO_NI] Computer Science/Networking and Internet Architecture; [INFO:INFO_NI] Informatique/Réseaux et télécommunications; réseaux capteurs; actionneurs; routage géographique; protocoles
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00915851; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/91/58/51/PDF/these.pdf

Cette thèse se positionne dans le contexte des réseaux sans fil multi-sauts tels les réseaux de capteurs ou les réseaux de capteurs/actionneurs ou encore de robots mobiles. Ces réseaux sont composés d'entités (nœuds) indépendantes (c.-à-d. les robots) possédant des capacités limitées en termes de taille mémoire, de capacité de calcul et sont soumis à des contraintes énergétiques fortes (ces composants reposent sur des batteries). Ils communiquent exclusivement par voie radio, il n'y a donc aucune infrastructure fixe. Pour pouvoir relayer les messages d'un robot à une station de base, on utilise des protocoles dits " de routage" qui ont en charge de déterminer quel robot doit relayer le message, de façon locale et distribuée, sans connaissance globale du réseau. Nous nous sommes basé sur CoMNet, le premier protocole de routage géographique utilisant la mobilité contrôlée tout en garantissant la connexité de celui-ci. CoMNet va, à chaque routage, relocaliser le prochain saut selon un schéma de relocalisation prédéfini de manière à adapter la topologie du réseau à son trafic, et ce afin d'économiser de l'énergie. CoMNet propose trois schémas de relocalisation différents adaptés à différents environnements, et l'on en choisit un au démarrage du réseau. Toutefois, CoMNet, en faisant bouger le prochain nœud N, va certes adapter la topologie, mais aussi modifier le voisinage de ce même nœud. Quand ça sera à lui de transmettre le message il n'aura plus forcément les mêmes possibilités, ses voisins ayant changé. La relocalisation d'un nœud N va servir de base pour celle de N + 1 et les suivants dans le routage. En réponse à ce problème, nous avons proposé MobileR (Mobile Recursivity). MobileR va, à chaque étape du routage, essayer d'anticiper sur plusieurs sauts pour choisir le prochain noeud. Il va calculer la relocalisation des voisins N et pour chacun d'entre eux les multiples N + 1 possibles, etc. MobileR va donc calculer à chaque étape du routage les coûts sur progrès de chacun des chemins (avec nœuds relocalisés) possibles. Le paquet sera alors transmis, au premier nœud du chemin qui minimise ce ratio. Le principe même de relocaliser les nœuds apporte son lot de nouveaux problèmes. Ainsi, dans les réseaux de capteurs, il y a souvent plusieurs nœuds sources qui détectent un même événement et vont émettre des messages à router vers l'unique station de base. Les chemins de routage de ces différents messages sont physiquement proches - vu qu'ils sont liés à un même événement - et ce d'autant plus qu'on se rapproche de la station de base. Ces chemins vont finir par se croiser, et le noeud de croisement va sans cesse être relocalisé par chacun des chemins. C'est pourquoi j'ai proposé le protocole de routage PAMAL (PAth Merging ALgorithm) en réponse à un problème introduit par la mobilité. En effet, PAMAL permet de détecter ces intersections et de les gérer localement. Il va arrêter ces oscillations parasites, provoquer une fusion des chemins de routage en amont du noeud d'intersection et une agrégation de paquets en aval. PAMAL propose ainsi une amélioration de la durée de vie du réseau allant jusqu'à 37% avec un mécanisme d'agrégation très simple. La mobilité contrôlée permet aussi d'envisager de nouvelles solutions à des anciens problèmes. Le protocole GRR (Greedy Routing Recovery) propose ainsi un mécanisme de récupération pour augmenter le taux de délivrance des messages dans les réseaux de capteurs/actionneurs avec obstacle(s). En effet aucun des protocoles de routage reposant sur des actionneurs n'implémente un procédé pour contourner les obstacles ou les zones de faible densité où le routage glouton simple est impossible. Ils routent tous les messages de manière gloutonne vers la destination. Le routage échoue alors quand un noeud n'a plus de voisin plus proche de la destination que lui-même. C'est pourquoi GRR va, quand le routage glouton simple de proche en proche échoue, appliquer un nouveau schéma de relocalisation qui va permettre de contourner l'obstacle tout en restaurant le routage glouton. L'obstacle va ainsi être circonvenu en relocalisant des nœuds tout autour. Ainsi, les routages suivants seront gloutons. Sans pour autant garantir la délivrance de 100% des messages, nos simulations montrent que le mécanisme de récupération de GRR permet de router avec succès dans 72% des cas sur des topologies où CoMNet échoue dans tous les cas.