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Simulation des rseaux de ca teurs sans filde grande taille
Cheick-Tidjane KONE
Co-encadrant : Michael DAVID
Journe thmatique RGE
Jeudi 3 juin 2010
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Quest-ce quun rseau de capteurs sans fils ?
Capteur MICA, Berkeley
5 cm, 70 g, 10 $
Station de baseassere e ou pu s
Internet
Utilisateur
nom ne tect
NudsCapteurs
Champ de capteur
Domaines dapplication : surveillance, suivi dobjets, mdical, intelligence ambiante,
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Objectifs
Voisinage radio
Structureorganisante
Rseau Ad hoc Topologie en grappes Topologie maille Topologie en arbre
Auto-organisation : partir dinteractions locales, faire merger un comportement
global (structurant) qui se maintient sur une certaine dure
9 Organiser le rseau pour amliorer la couche rseau (routage des paquets)
9 Evaluer les performances : montrer lapport sur les critres de type dlai,
nergie consomme, facteur dchelle, robustesse la perte de nud
9 En dduire lefficacit de lauto-organisation propose : gains, cots, limites
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Problmatique gnrale du RCSF
Contraintes matrielles & applicatives
Proprits:
Robustesse
Dploiement du nud (alatoire ou prdtermin)
Modle de livraison de donnes (priodique,vnementiel, interro ation, h bride
Passage lchelle
Persistance temporelle
Flexibilit, etc.
Capacit limite des nuds
Facteur dchelle, rseau de grande taille (~ million
de nuds ) Concepts : Auto-*
Critres de QdS (classiques + dure de vie durseau)
couver e
Configuration
Organisation, adaptabilit
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Positionnement
Protocoles dauto-organisation existants limits:
9RCSF de petite ou moyenne tailles (gnralement
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Systme tudi
Etude sur un RCSF de grande taille (voire des
centaines de milliers de nuds)
Scnario : surveillance dune zone aprs accident
(type explosion usine, 1 km x 1 km)
Rseau htrogne 2 niveaux (amliorer QdS)
9 Niveau 1 constitu de nuds capteurs
Algorithme dauto-organisation multi-puits et
-
Nud capteurNud puits
Liaisons 802.15.4 dans lerseau de capteurs
Liaison Wi-Fi dans lerseau de puits
Cx
Canal radio allou aucluster
9 Rseau de niveau 1 partitionn en plusieurs
sous-rseaux quilibrs (en nombre de
Fig. Topologie propose dans un RCSFexploitant plusieurs puits et canaux.
sau s avec pu s par sous-r seau
9 Allocation distribue dun canal par sous-
rseau avec rutilisation des frquences
Proposition dune nouvelle couche rseau
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Outils et matriels utiliss
Outils : OPNET Modeler (Optimum Network Performance)
9 Simulateur vnements discrets squentiel et parallle
- -
9 GUI, utilisation relativement aise, analyse et dbogage
intgrs et graphiques, totalement ouvert
de radiocommunication
9 Bibliothque de modles standards (normes, recom-
, ,
Systems, 3Com, Lucent), de protocoles, de liens (SONET,PPP, FDDI, wireless), quipements rseaux (routeur,
stations de travails, switch...) et des scnarios de
mons ra on e ren s r seaux e s an ar ,
ATM, Frame relay, )
9Trois niveaux hirarchiques imbriques : niveau rseau,
,
FSM (Finite State Machine), le comportement des tats est
cod en langage C
9 Plus de statisti ues lusieurs niveaux
9Module SiTl (System in loop) : qui permet d'interfacer desrseaux rels et des rseaux simuls sous OpNet pour faire
du Harware)7
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Proposition modlise sous OPNET Modeler
niveau quipements
v u ux
niveau processus8
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Outils et matriels utiliss
Matriels : DELL Precision Workstation T5500
9 2 Intel Xeon CPU E5520 (2,26 GHz, 8MB L3, 5.86GT/s, 80W, QC)
9 8 curs
9 48 GB DDR3 1066MHz
9 256 MB Nvidia Quadro NVS 295
9 RAID 1 pour 2 disuqes de 1TB (7200RPM) SATA 3.0Gb/s
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Problmes spcifiques de cette simulation
Problmes (matriels, simulateur) cause de la taille du systme tudi :
par exemple RCSF (10000 nuds, temps de simulation de 2 heures),
9 nombre dvnements par seconde dure dune simulation : plus
dune demi-journe pour une simulation dun scnario de 10000 nuds9
simulations
9 Cest un simulateur assez lourd mais fournit plus de statistiques
9 Mmoire vive : environ 15 GB pour ce mme scnario
9 Stockage de donnes
9 Violation de mmoire cause du systme de pointeurs incohrents
(langage C)
9 Dfinition de priorit des flux (entrants et sortants) et des processusconcourants entre les modules ou couches dun nud pertes de
paquets
9
facile
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Simulation
OPNET Modeler 15.0.A PL1
9 alatoirement distribus sur 1000m x 1000m
9 radio raliste : couche physique 802.15.4-2003 2,4Ghz avec un dbit de
250kbit/s et une porte radio de 50m
9 Modle de consommation nergtique : MICAz
Rseau de niveau 2 : 9 puits et 1 utilisateur final
9 arbitrairement distribus sur 1000m x 1000m
9 im lmente la ile rotocolaire 802.11 -2003 : dbit de 1Mbit/s en mode
DCF, porte radio de 500m, protocole de routage MANET
Mesures : trafic de contrle reu, nergie consomme, temps daccs au
mdium, dlai de bout en bout, taux de livraison
Paramtres : Densit de nuds, nuds sources11
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Simulation
Paramtres de Simulation :
9 Taille maximale du cluster en nombre de sauts : 5
9Messages Hellos priodiques dans un intervalle [fHELLO-5, fHELLO+5]s avec fHELLO=60s
9 Flux applicatif: distribution exponentielle de moyenne 300s avec une charge constante de 5
octets
9 Temporisateur pour passer dun tat un autre : 5s
emps e s mu a on : s
9 Dure de vie dun nud dans une table de voisinage : 180s
r ca on e a a e e vo s nage ou es es s
9 Intervalle de confiance : 95%
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Rsultats
ThroughputEcart : ~18%
- ,
a ~12% de moins de voisinsquun nud dans le mono-canal
Energiecar : ~
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Rsultats
Latence
Dlai
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Conclusion et perspectives
Conclusion
9 Algorithme de clustering avec canaux et puits multiples appropri aux
grand rseaux
9 Evaluer son impact sur la capacit du rseau
erspec ve : u e or que
9 Limites de fonctionnement de tels grands rseaux (plus de 100000
nuds)
9 Optimisation de la scalabilit
9 Dploiement (nombre et/ou placement) des puits avec des
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