Proposition d’approches centralisées pour la restauration de la connectivité dans les RCSFs multi-canaux

Introduction

D’après l’étude que nous avons faite dans le chapitre précédent, nous avons remarqué que les mécanismes proposés pour la tolérance aux pannes dans les RCSFs ne considèrent pas le problème d’interférence qui peut dégrader considérablement les performances du réseau. Ces interférences peuvent être causées par plusieurs facteurs (présence d’autres composants n’appartenant pas au RCSF qui peuvent émettre sur la même bande de fréquence, transmissions simultanées des capteurs voisins,…). L’une des solutions qui peuvent être proposées pour pallier le problème d’interférence dans les RCSFs est l’utilisation de la communication multi-canal. Ainsi, nous nous intéressons à la proposition de nouvelles solutions de tolérance aux pannes pour les RCSFs dans un contexte multi-canal. Ce chapitre sera consacré à la résolution d’un tel problème dans un contexte centralisé. Nous nous intéressons en particulier au problème de la restauration de la connectivité dans les RCSFs suite à la défaillance d’un nœud d’articulation AP (Articulation Point) tout en tenant compte du fait que la restauration de la panne doit minimiser les interférences entre les nœuds dans le réseau. Pour ce faire, nous allons d’abord nous pencher sur l’étude de diférents mécanismes   d’allocation multi-canal dans les RCSFs. Ensuite, nous essaierons de formuler notre problématique, qui consiste à assurer la tolérance aux pannes des nœuds d’articulation dans un RCSF, tout en garantissant une allocation minimisant les interférences, sous forme d’un problème d’optimisation multi-objectif. Puis, nous proposerons une approche préventive au problème sus-indiqué basée sur des solutions à base d’heuristiques et la comparerons à une solution exacte du problème. Enin, nous proposerons une approche pour la mise en place de notre solution dans un environnement réel qui tienne compte de la division du réseau en plusieurs segments isolés. Ainsi, il faudrait faire en sorte que tous les nœuds du réseau soient conscients de la procédure de recouvrement avant ou après la production de la panne. 2.2 Communication multi-canal dans les RCSFs Les interférences entre des transmissions simultanées peuvent aboutir à une dégradation rapide des performances des RCSFs. La réduction du taux d’interférence a été largement discutée dans la littérature et il est démontré que la communication multicanal sont une des techniques les plus eicaces pour lutter contre ce problème. Cette technique se réfère à la division de la bande passante en plusieurs bandes de fréquence (respectivement le temps en plusieurs slots) pour permettre aux nœuds interférents de transmettre leurs données sans générer de conlits (interférences, collisions). En général, les interférences ne peuvent pas être complètement éliminées mais seulement réduites en raison de la limitation du nombre de canaux disponibles dans le réseau. Un RCSF dispose d’un nombre limité de canaux (16 canaux pour IEEE 802.15.4). En plus, ce nombre est réduit par les environnements dans lesquels les RCSFs peuvent évoluer. Depuis l’intégration de la communication multi-canal dans les RCSFs, de nombreuses recherches intéressantes ont été consacrées à l’exploitation optimale des avantages de ce type de communication dans les RCSFs [67–72]. Les mécanismes proposés aident à minimiser le taux d’interférence ce qui aboutit à une réduction du nombre de collisions et de retransmissions, et par conséquent, la minimisation de la consommation énergétique. 2.2.1 Méthodes d’accès au médium Dans la littérature, on recense trois catégories de techniques d’accès au canal pour les RCFSs : l’accès schedule-based, l’accès contention-based et l’accès hybride. Chapitre 2 : Proposition d’approches centralisées pour la restauration de la connectivité dans les RCSFs multi-canaux 39 

Accès basé sur l’ordonnancement

Dans cette catégorie, les nœuds commutent leurs radios entre les diférents canaux suivant un ordonnancement bien déini. La technique la plus connue dans cette catégorie est la technique d’accès TDMA (Time Division Multiple Access) qui divise le temps en slots et qui pour chaque nœud alloue un slot et un canal de transmission. Tous les nœuds doivent être synchronisés pour que l’émetteur et le récepteur commutent leurs radios vers le même canal en même temps. Cette méthode d’accès garantit une transmission des données sans collision ce qui réduit la consommation énergétique. Cependant, plusieurs facteurs limitent l’utilisation de cette méthode d’accès, notamment la mise à l’échelle et l’adaptation aux changements dans le réseau. 

Accès basé sur la contention

Les nœuds concourent pour gagner l’accès au canal et transmettre leurs données. Dans cette méthode d’accès aucune synchronisation n’est nécessaire d’où une simplicité de déploiement et une meilleure adaptation aux changements qui peuvent survenir dans le réseau. Cependant, cette méthode ne garantit pas l’élimination des collisions surtout avec l’augmentation du nombre de nœuds émetteurs. 

Accès hybride

Contrairement aux méthodes basées sur l’ordonnancement où tous les slots sont préassignés, avec les méthodes hybrides, le temps est divisé en slots mais à chaque slot, les nœuds concourent pour l’accès au canal. Le nœud ayant gagné la contention pour ce slot accède au canal pour transmettre ses données sans collision. 

Méthodes d’allocation des canaux

L’allocation des canaux est l’un des déis majeurs de communication multi-canal. En efet, la stratégie utilisée pour assigner les canaux aux nœuds inluence directement le poids des interférences dans le réseau. Ainsi, l’allocation doit être faite de sorte à minimiser le nombre des nœuds interférents auxquels sont assignés les mêmes canaux. Les mécanismes d’allocation des canaux peuvent être classés en trois catégories selon le type d’allocation : allocation ixe, allocation semi-dynamique et allocation dynamique