CHApITRE II
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L'ÉcoNoMiE D'ÉNERGiE,
LA CouvERTuRE ET LA
CoNNECTIvITÉ DANS LES
RCSF
II.1 Introduction
Les capteurs sont conçus pour fonctionner durant des
mois voire des années. Ainsi, la capacité
énergétique des capteurs doit titre utilisée efficacement
afin de maximiser la durée de vie du réseau. A noter qu'une fois
qu'un noeud capteur a épuisé son énergie, il est
considéré comme défaillant. Ainsi, il y a une forte
probabilité de perdre la connectivité du réseau.
Dans ce chapitre, nous décrirons la
problématique de la consommation d'énergie, ainsi les
problèmes concernent la couverture et la connectivité dans les
réseaux de capteurs. Nous présenterons aussi les principales
solutions proposées dans la littérature pour ces
problèmes
II.2 Consommation d'énergie dans les RCSF
L'énergie consommée par un noeud capteur est due
essentiellement aux opérations suivantes : la capture, le traitement et
la communication de données [17].
Energie de capture
L'énergie de capture est dissipée pour accomplir
les tâches suivantes : échantillonnage, conversion
analogique/numérique et activation de la sonde du capture. En
général, l'énergie de capture représente un faible
pourcentage de l'énergie totale consommé par un noeud.
Energie de traitement
L'énergie de traitement se divise en deux parties :
l'énergie de commutation et l'énergie de fuite. L'énergie
de commutation est déterminée par la tension d'alimentation et la
capacité totale commutée au niveau logiciel (en exécutant
un logiciel).
Par contre l'énergie de fuite correspond à
l'énergie consommée lorsque l'unité de calcul n'effectue
aucun traitement. En général, l'énergie de traitement est
faible par rapport à celle nécessaire pour la communication.
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Energie de communication
L'énergie de communication se décline en deux
parties :
L'énergie de réception et l'énergie de
l'émission. Cette énergie est déterminée par la
quantité des données à communiquer et la distance de
transmission, ainsi que par les propriétés physiques du module
radio. L'émission d'un signal est caractérisée par sa
puissance.
Quand la puissance d'émission est élevée,
le signal aura une grande portée et l'énergie consommée
sera plus élevée. Notons que l'énergie de communication
représente la portion la plus grande de l'énergie
consommée par un noeud capteur.
Modèle de consommation
d'énergie
Heinzelman et al [17] proposent un
modèle radio de consommation d'énergie (voir figure). Ainsi, les
énergies nécessaires pour émettre ETx(s,d) et
recevoir ERx(s) des messages sont données par :
. Pour émettre un message de s bits vers un
récepteur loin de d mètres, l'émetteur
consomme:
ETx(s, d) = ETx elec(s) + ETx amp(s, d)
ETx(s, d) =
(Eelec * s) + ( Eamp * s *d2 )
. Pour recevoir un message de s bit, le récepteur
consomme :
ERx(s) = ERx elec(s)
ERx(s) = Eelec * s
Eelec et Eamp représentent respectivement l'énergie
de transmission électronique et d'amplification (voire figure 2.1).
Figure2.1 Modèle de consommation
d'énergie.
L'histogramme présenté par la figure 1.23, illustre
la consommation de l'énergie par les différentes unités
d'un noeud capteur.
Figure2.2 Consommation d'énergie en acquisition,
traitement, et communication. [8]
II.2.1 Facteurs intervenants dans la consommation
d'énergie II.2.1.1 Etat du module radio
Le module radio est le composant du noeud capteur qui consomme
le plus d'énergie, puisque c'est lui qui assure la communication entre
les noeuds. On distingue quatre états des composants radio (transmetteur
et récepteur) : actif, réception, transmission et sommeil
[18]:
? ?Etat actif (run) : la radio est
allumée, mais elle n'est pas employée. En d'autres
termes, le noeud capteur n'est ni en train de recevoir ni de
transmettre. Cet état
provoque une perte de l'énergie suite à
l'écoute inutile du canal de transmission.
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Pour éviter cette perte d'énergie, un capteur doit
s'activer qu'en cas de nécessitée, et le reste du temps il doit
se mettre dans l'état sommeil.
n Etat sommeil : la radio est mise hors
tension.
n Etat transmission : la radio transmet un
paquet.
n Etat réception : la radio
reçoit un paquet.
Figure2.3 Diagramme de transition d'état du mod~le
du noeud capteur [7]
Il est aussi à noter que le passage fréquent de
l'état actif à l'état sommeil peut avoir comme
conséquence une consommation d'énergie plus importante que de
laisser le module radio en mode actif. Ceci est dû á la puissance
nécessaire pour la mise sous tension du module radio. Cette
énergie est appelée l'énergie de transition. Il est ainsi
souhaitable d'arrêter complètement la radio plutôt que de
transiter dans le mode sommeil.
II.2.1.2 Accès au medium de transmission
La sous couche MAC assure l'accès au support de
transmission, la fiabilité de transmission, le contrôle de flux,
la détection d'erreur et la retransmission des paquets.
Puisque les noeuds partagent le même médium de
transmission, la sous-couche MAC joue un rôle important pour la
coordination entre les noeuds et la minimisation de la consommation
d'énergie. En effet, minimiser les collisions entre les noeuds permet de
réduire la perte d'énergie. [13]
· La retransmission
Les noeuds capteurs possèdent en général
une seule antenne radio et partagent le méme canal de transmission. Par
ailleurs, la transmission simultanée des données provenant de
plusieurs capteurs peut produire des collisions et ainsi une perte de
l'information transmise.
La retransmission des paquets perdus peut engendrer une perte
significative de l'énergie.
· L'écoute active
L'écoute active (idle listening) du canal
pour une éventuelle réception de paquet qui ne sera pas
reçu peut engendrer une perte importante de la capacité des
noeuds en énergie. Pour éviter ce problème, il faut
basculer les noeuds dans le mode sommeil le plus longtemps possible.
· La surécoute
Le phénomène de surécoute
(overhearing) se produit quand un noeud reçoit des paquets qui
ne lui sont pas destinés (voir figure 2.5). La surecoute conduit
à une perte d'énergie additionnelle à cause de
l'implication des autres capteurs dans la réception des
données.
Figure2.5 La surécoute dans une transmission
[14].
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? La surcharge
Plusieurs protocoles de la couche MAC fonctionnent par
échange de messages de contrôle (overhead) pour assurer
différentes fonctionnalités : signalisation, connectivité,
établissement de plan d'accès et évitement de collisions.
Tous ces messages nécessitent une énergie additionnelle.
? La surémission
Le phénomène de surémission
(overemitting) se produit quand un noeud capteur envoie les
données à un destinataire qui n'est pas prêt à les
recevoir. En effet, les messages envoyés sont considérés
inutiles et consomment une énergie additionnelle
? La taille des paquets
La taille des messages échangés dans le
réseau a un effet sur la consommation d'énergie des noeuds
émetteurs et récepteurs. Ainsi, la taille des paquets ne doit
être ni trop élevée ni trop faible. En effet, si elle est
petite, le nombre de paquets de contrôle (acquittement)
généré augmente l'overhead.
Dans le cas contraire, une grande puissance de transmission est
nécessaire pour des paquets de grande taille [14].
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