Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN* *Thèse de Romain Kuntz et doctorat en préparation de Julien eaudaux ntoine Gallais gallais@unistra.fr http://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais Journée thématique PH/Resom - 7 juin 2012, nglet, France RESeaux de capteurs et pplications ritiques de Surveillance (RESSS)
Objets communicants mobiles et économie d énergie Rendre bavards des objets muets Ex : biologgers pour le suivi de population animale ctuellement : Pas de communication Equipement des animaux à T puis récupération à T + X mois Utilité? => écharge facilitée, monitoring, redondance de données RESSS -. Gallais 2 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
ontrainte principale : onsommation d énergie Rendre bavards des objets muets : Utilisation de la radio onsommation Radio >> cquisition, processing, etc. Radio on (tx/rx) Radio idle Radio off RESSS -. Gallais 3 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. L émetteur-récepteur radio est le principal consommateur d énergie. [1] G. Terrasson. ontribution à la conception d émetteur-récepteur pour microcapteurs autonomes. Thèse, Université de ordeaux I, Novembre 2008. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. L émetteur-récepteur radio est le principal consommateur d énergie. E Idle listening Emetteur Récepteur G. Terrasson. ontribution à la conception d émetteur-récepteur pour microcapteurs autonomes. Thèse, Université de ordeaux I, Novembre 2008. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. L émetteur-récepteur radio est le principal consommateur d énergie. E Idle listening Emetteur Récepteur Overhearing G. Terrasson. ontribution à la conception d émetteur-récepteur pour microcapteurs autonomes. Thèse, Université de ordeaux I, Novembre 2008. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. L émetteur-récepteur radio est le principal consommateur d énergie. E Idle listening Emetteur Récepteur Overhearing ollisions G. Terrasson. ontribution à la conception d émetteur-récepteur pour microcapteurs autonomes. Thèse, Université de ordeaux I, Novembre 2008. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Gestion de la radio : ouche M Le médium radio est une ressource partagée : iffusion : tous les capteurs à portée de l émetteur reçoivent l information, Un seul émetteur possible à la fois dans un même voisinage. L émetteur-récepteur radio est le principal consommateur d énergie. E Idle listening Emetteur Récepteur Overhearing ollisions Transmissions G. Terrasson. ontribution à la conception d émetteur-récepteur pour microcapteurs autonomes. Thèse, Université de ordeaux I, Novembre 2008. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
uty-cycling / Ordonnancement d activité lternance actif/passif (duty-cycle) : écisions décentralisées ctif : acquisitions/émission/relais Passif : off (réveil programmé) RESSS -. Gallais 5 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
uty-cycling : ouche M ctif/passif : quel niveau? pplication? Routage? Radio? ontrôler l accès au médium (M) E Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
uty-cycling : ouche M ctif/passif : quel niveau? pplication? Routage? Radio? ontrôler l accès au médium (M) Idée principale : mettre la radio en veille le plus souvent possible. E Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
uty-cycling : ouche M ctif/passif : quel niveau? pplication? Routage? Radio? ontrôler l accès au médium (M) Idée principale : mettre la radio en veille le plus souvent possible. E Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
uty-cycling : ouche M ctif/passif : quel niveau? pplication? Routage? Radio? ontrôler l accès au médium (M) Idée principale : mettre la radio en veille le plus souvent possible. E Emetteur Récepteur Veille esoin de s assurer de la connectivité entre les capteurs, de l équité en terme de délais d accès, de l extensibilité à un grand nombre de capteurs. 2 catégories majeures de protocoles M : synchronisés, préambules. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
ouche M : Protocoles synchronisés divisé en intervalles discrets : lternance synchronisée de périodes de veille et d activité, Intervalles dédiés (TRM [2]) ou compétition (S-M [3]). Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais V. Rajendran, K. Obraczka, and J. Garcia-Luna-ceves. Energy-efficient, collision-free medium access control for wireless sensor networks. In SenSys 03, pages 181 192. M, November 2003. [W. Ye, J. Heidemann, and. Estrin. Medium access control with coordinated adaptive sleeping for wireless sensor networks. IEEE/M Transactions on Networking, 12(3):493 506, June 2004. Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
ouche M : Protocoles synchronisés divisé en intervalles discrets : lternance synchronisée de périodes de veille et d activité, Intervalles dédiés (TRM [2]) ou compétition (S-M [3]). Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais V. Rajendran, K. Obraczka, and J. Garcia-Luna-ceves. Energy-efficient, collision-free medium access control for wireless sensor networks. In SenSys 03, pages 181 192. M, November 2003. [W. Ye, J. Heidemann, and. Estrin. Medium access control with coordinated adaptive sleeping for wireless sensor networks. IEEE/M Transactions on Networking, 12(3):493 506, June 2004. Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
ouche M : Protocoles synchronisés divisé en intervalles discrets : lternance synchronisée de périodes de veille et d activité, Intervalles dédiés (TRM [2]) ou compétition (S-M [3]). Synchronisation temporelle, peu extensible Emetteur Récepteur Veille RESSS -. Gallais V. Rajendran, K. Obraczka, and J. Garcia-Luna-ceves. Energy-efficient, collision-free medium access control for wireless sensor networks. In SenSys 03, pages 181 192. M, November 2003. [W. Ye, J. Heidemann, and. Estrin. Medium access control with coordinated adaptive sleeping for wireless sensor networks. IEEE/M Transactions on Networking, 12(3):493 506, June 2004. Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données sends a message to Sender Receiver Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données Sleep periods Sampling sends a message to Sender Receiver Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données Preamble sends a message to Sender Receiver Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données Preamble sends a message to Sender Receiver T K Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données Preamble sends a message to Sender Receiver T K Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Low Power Listening R. Kuntz Pas de synchronisation Périodes d échantillonnage Utilisation d un préambule précédant les données Preamble sends a message to Overhearing Sender Receiver T K Idle J. Polastre, J. Hill, and. uller. Versatile low power media access for wireless sensor networks. In SenSys 04, pages 95 107. M, November 2004. RESSS -. Gallais 8 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
X-M R. Kuntz Préambules divisés en micro-trames estination incluse dans le préambule P P P P P Sender Receiver P Preamble T K Idle M. uettner, G. V. Yee, E. nderson, and R. Han. X-M: a short preamble M protocol for duty-cycled wireless sensor networks. In SenSys 06, pages 307 320. M, October 2006. RESSS -. Gallais 9 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL ctuellement : Un déploiement = une configuration (homogène) onfiguration : période de sommeil induisant une taille de préambule Problème : Exemple d une application hybride Event-driven puis time-driven suite à une détection d événement Trafic en rafales : ucune configuration LPL satisfaisante Préambule 100 ms Préambule 250 ms Préambule 500 ms From Versatility to uto-daptation of the Medium ccess ontrol in Wireless Sensor Networks. R. Kuntz,. Gallais and T. Noel. In Elsevier Journal of Parallel and istributed omputing (JP). pp. 1236--1248, Vol. 71, 2011. RESSS -. Gallais 10 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL WSN dynamiques Mobilité et trafic difficile/impossible à anticiper esoin d auto-adaptation Problèmes des configurations hétérogènes omment les définir? (objectif : décision depuis des informations locales) omment garantir la connectivité? P P P P P Medium ccess ontrol Facing the Reality of WSN eployments. R. Kuntz,. Gallais and T. Noel. Editorial Note in M omputer ommunication Review (R). Vol. 39, Num. 3, July 2009. RESSS -. Gallais 11 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL WSN dynamiques Mobilité et trafic difficile/impossible à anticiper esoin d auto-adaptation Problèmes des configurations hétérogènes omment les définir? (objectif : décision depuis des informations locales) omment garantir la connectivité? Préambule = LPL 1 P P P P P Période de veille = LPL 2 LPL 1 < LPL 2 Medium ccess ontrol Facing the Reality of WSN eployments. R. Kuntz,. Gallais and T. Noel. Editorial Note in M omputer ommunication Review (R). Vol. 39, Num. 3, July 2009. RESSS -. Gallais 11 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL pproches réactives daptation au trafic pproches proactives Fonction de la topologie les informations de routage les critères applicatifs RESSS -. Gallais 12 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL pproches réactives daptation au trafic pproches proactives Fonction de la topologie les informations de routage les critères applicatifs RESSS -. Gallais 12 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Economie d énergie : pproche réactive Par défaut : Noeuds profondément endormis Longues périodes de sommeil et faibles fréquences d échantillonnage Fonction du trafic Problème : oût du préambule sur les émetteurs Pistes : issocier période de sommeil et taille de préambule Garantir la connectivité Négocier les préambules RESSS -. Gallais 13 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Objectif : Obtenir un chemin composé de liens EE (économe en énergie) Idée : écoupler le LPL en 2 valeurs distinctes Période de veille (i.e. fréquence des réveils/échantillonnages) Utilisation d une période de veille longue sur les capteurs passifs Emetteurs endormis profondément Longueur du préambule Utilisation d un préambule court sur le chemin de routage Sommeil léger pour les récepteurs Tmin Tmin Tmin Tmin RESSS -. Gallais 14 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M ata P ata P Routing path : -- Sender Relay Receiver P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M ata P ata P Routing path : -- Sender Relay Receiver P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M ata ata P P Routing path : -- Sender Relay Receiver P P P P P P P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M ata P Routing path : -- Sender Relay Receiver P P P P P P P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M EE Link P ata P Routing path : -- Sender Relay Receiver P Tmin P P Tmin P P P P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Routing path : -- EE Link ata P EE Link ata P Sender Relay Receiver P Tmin P Tmin P Tmin Tmin P P P P P P P P P P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Routing path : -- EE Link ata P EE Link ata P Sender Relay Receiver P Tmin P Tmin P Tmin Tmin Ks stand for agreements to EE links no overhead with our solution P P P P P P P P P P P P RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M EE Link EE Link Sender Relay Receiver P Tmin P Tmin P Tmin Tmin RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M EE Link EE Link Sender Relay Receiver P Tmin P Tmin P Tmin Tmin RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M EE Link EE Link Sender Relay Receiver P Tmin P Tmin P Tmin Tmin Tmin Tmin Tmin out RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M EE Link Sender Relay Receiver P P Tmin P Tmin Tmin Tmin Tmin RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Sender Relay Receiver P P P Tmin Tmin Tmin Tmin Tmin Tmin Tmin RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Topologie en grille composée de 100 capteurs Simulations effectuées avec WSNet. Parameter M ata Routing Radio model Energy model Value X-M LPL 100, 250 and 500 ms OX-M Tmin = 100 ms, = 500 ms out = 10 s. Event / time-driven (1 s. during 10 s.) Random geographic Friis, throughput 15 ko/s 1100 (TX, RX, idle, init) Sink G. helius et al. WSNet, an event-driven simulator for large scale WSNs. http://wsnet.gforge.inria.fr. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Topologie en grille composée de 100 capteurs Simulations effectuées avec WSNet. Parameter M ata Routing Radio model Energy model Value X-M LPL 100, 250 and 500 ms OX-M Tmin = 100 ms, = 500 ms out = 10 s. Event / time-driven (1 s. during 10 s.) Random geographic Friis, throughput 15 ko/s 1100 (TX, RX, idle, init) Sink G. helius et al. WSNet, an event-driven simulator for large scale WSNs. http://wsnet.gforge.inria.fr. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche réactive : OX-M Topologie en grille composée de 100 capteurs Simulations effectuées avec WSNet. Parameter M ata Routing Radio model Energy model Value X-M LPL 100, 250 and 500 ms OX-M Tmin = 100 ms, = 500 ms out = 10 s. Event / time-driven (1 s. during 10 s.) Random geographic Friis, throughput 15 ko/s 1100 (TX, RX, idle, init) Sink G. helius et al. WSNet, an event-driven simulator for large scale WSNs. http://wsnet.gforge.inria.fr. RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms LPL 250 ms LPL 500 ms Energie totale consommée (Joules) Total energy consumption (Joule) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 100 RESSS -. Gallais 0 LPL 100 250 500 X M OX M Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 0
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms Energie totale consommée (Joules) 1000 900 800 700 LPL 250 ms 600 77% LPL 500 ms Total energy consumption (Joule) 500 400 300 200 100 Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 RESSS -. Gallais 0 LPL 100 250 500 X M OX M Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 0
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms LPL 250 ms LPL 500 ms Energie totale consommée (Joules) Total energy consumption (Joule) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 2.3% Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 100 RESSS -. Gallais 0 LPL 100 250 500 X M OX M Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 0
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms LPL 250 ms LPL 500 ms Energie totale consommée (Joules) Total energy consumption (Joule) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init 35% 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 RESSS -. Gallais 0 LPL 100 250 500 X M OX M Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 0
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms LPL 250 ms LPL 500 ms Energie totale consommée (Joules) Total energy consumption (Joule) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init 30% 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 100 RESSS -. Gallais 0 LPL 100 250 500 X M OX M Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 0
OX-M : onsommation d énergie LPL 100 ms LPL 250 ms LPL 500 ms Energie totale consommée (Joules) Total energy consumption (Joule) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 Reception Transmission Passif Init. radio Receiving Sending Idle Radio init -31% 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 100 0 LPL 100 250 500 X M OX M 0 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
OX-M onfigurations hétérogènes risquées Preamble = LPL 1 P P P P P Sleep period = LPL 2 Ici : 2 profils uniquement. uto-daptive M for Energy-Efficient urst Transmissions in Wireless Sensor Networks. R. Kuntz,. Gallais, T. Noel. In Proc. IEEE WN'11 - ancun, Mexico, March 2011. RESSS -. Gallais 19 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL pproches réactives daptation au trafic pproches proactives Fonction de la topologie les informations de routage les critères applicatifs RESSS -. Gallais 20 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
pproche proactive Selon la topologie ontrôle de topologie (ex : ajustement portée et LMST) Selon l arbre de routage Racine = puits Feuilles : émetteurs de leurs propres données Reste des noeuds : Emetteurs de leurs propres données Relais de celles de leurs fils, petits-fils, etc. Selon l application Endormissement progressif ritères de couverture, de connexité, de densité minimale, etc. RESSS -. Gallais 21 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Selon la topologie Utiliser un Localized Minimum Spanning Tree Feuilles en Sensing-Only J. eaudaux Localized Sensor rea overage with Low ommunication Overhead.. Gallais, J. arle,. Simplot-Ryl and I. Stojmenovic. In IEEE Transactions on Mobile omputing (TM). 5(7):661-672, May 2008. RESSS -. Gallais 22 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Selon l arbre de routage Noeuds feuilles en sensing-only Pas de relais de communications TX uniquement pour ses propres données Utilisable avec divers protocoles L3 RPL pproches de type gradient RESSS -. Gallais 23 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Selon l application ritères possibles Suivi de cible ouverture de frontières, de points d intérêt onnexité de l ensemble ouverture de la zone ontrôle de densité... RESSS -. Gallais 24 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Selon l application Profondeur de sommeil : Partitionnement du réseau en n couches Une couche = Une configuration LPL Plus la couche est basse, plus le sommeil est profond ouche n comm. avec couche n ou m < n ontrôle de densité : Si x voisins à couche i, alors couche i-- (timeout) onfig LPL 1 (Tmin) onfig LPL 2 onfig LPL 3 () Multiple overage with ontrolled onnectivity in Wireless Sensor Networks. J. eaudaux,. Gallais and T. Razafindralambo. In Proc. M PE-WSUN'10 - odrum, Turquie, October 2010. RESSS -. Gallais 25 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
onstruction des couches virtuelles Multiple overage with ontrolled onnectivity in Wireless Sensor Networks. J. eaudaux,. Gallais and T. Razafindralambo. In Proc. M PE-WSUN'10 - odrum, Turquie, October 2010. RESSS -. Gallais 26 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
onsommation énergétique onstruction couches/gradient, consommation idle puis traffic RESSS -. Gallais 27 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL pproches réactives daptation au trafic pproches proactives Fonction de la topologie les informations de routage les critères applicatifs e plus en plus : Mobilité des capteurs -> LPL-compatible? RESSS -. Gallais 28 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : dapter le mécanisme LPL pproches réactives daptation au trafic pproches proactives Fonction de la topologie les informations de routage les critères applicatifs e plus en plus : Mobilité des capteurs -> LPL-compatible? RESSS -. Gallais 28 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité apteur fixe apteur mobile RESSS -. Gallais [9] R. Kuntz, J. Montavont, and T. Noël. Improving the medium access in highly mobile wireless sensor networks. Submitted to Springer Telecom Systems, SI on Recent dvance in Mobile Sensor Networks 2010. 29 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité ssurer & réduire l accès au médium des capteurs mobiles : Subtiliser la ressource à ceux qui la possèdent. apteur fixe apteur mobile RESSS -. Gallais [9] R. Kuntz, J. Montavont, and T. Noël. Improving the medium access in highly mobile wireless sensor networks. Submitted to Springer Telecom Systems, SI on Recent dvance in Mobile Sensor Networks 2010. 29 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité ssurer & réduire l accès au médium des capteurs mobiles : Subtiliser la ressource à ceux qui la possèdent.? Simplifier le choix du prochain saut pour les capteurs mobiles : etermination lors de l émission. apteur fixe apteur mobile RESSS -. Gallais [9] R. Kuntz, J. Montavont, and T. Noël. Improving the medium access in highly mobile wireless sensor networks. Submitted to Springer Telecom Systems, SI on Recent dvance in Mobile Sensor Networks 2010. 29 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité ssurer & réduire l accès au médium des capteurs mobiles : Subtiliser la ressource à ceux qui la possèdent. Simplifier le choix du prochain saut pour les capteurs mobiles : etermination lors de l émission. Support de nombreux capteurs mobiles. apteur fixe apteur mobile RESSS -. Gallais [9] R. Kuntz, J. Montavont, and T. Noël. Improving the medium access in highly mobile wireless sensor networks. Submitted to Springer Telecom Systems, SI on Recent dvance in Mobile Sensor Networks 2010. 29 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) Mobile ata P0 ata P2 M RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) Mobile ata P0 ata P2 M RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) ata P0 Mobile ata P2 M RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) ata Mobile ata P2 P0 médium réservé M P0 P0 P0 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) Mise-à-jour destinataire M ata Mobile ata P2 P0 médium réservé M P0 P0 P0 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) ata P2 P0 médium réservé M P0 P0 P0 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal libre) ata P0 ata P2 médium réservé M P0 P0 P0 médium réservé P2 P2 P2 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) Mobile ata ata P1 P2 M RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) Mobile ata ata P1 P2 M RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) P1 ata Mobile ata P1 P2 M médium subtilisable P1 P1 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) P1 Mise-à-jour destinataire M ata P1 Mobile ata P2 M médium subtilisable P1 P1 P1 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) P1 P1 Mobile ata P2 M Vol du canal médium subtilisable P1 P1 P1 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) P1 P2 P2 P1 ata P2 M Pas d attente, pas de préambule médium subtilisable P1 P1 P1 P2 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) ata P1 P2 P2 P1 ata P2 M médium subtilisable P1 P1 P1 P2 P2 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
M : LPL et mobilité (X-Machiavel avec canal occupé) ata P1 P2 P2 P1 ata ata P2 M médium subtilisable P1 P1 P1 P2 P2 P2 P2 P2 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole 16 capteurs fixes ( ), 16 à 96 capteurs mobiles ( ) Simulation avec WSNet RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 32
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole 16 capteurs fixes ( ), 16 à 96 capteurs mobiles ( ) Simulation avec WSNet RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 32
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole 16 capteurs fixes ( ), 16 à 96 capteurs mobiles ( ) Simulation avec WSNet Paramètre Modèle de données Modèle M Modèle de routage Modèle de mobilité Modèle radio Modèle énergétique Valeur Périodique (10 s.), pair-à-pair X-Machiavel (LPL 100 ms), X-M (LPL 100 ms) Géographique aléatoire (sauf capteurs mobiles X-Machiavel) illiard, 1 m/s, position et direction initiales aléatoires Friis, débit: 15 ko/s aractéristiques du 1100 (émission, réception, passif, initialisation) RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 32
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes applicatives Pertes applicatives (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 X M (avec int. conf. 95%) X Machiavel (avec int. conf. 95%) 0 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 0 Nombre de capteurs mobiles 90 80 70 60 50 40 30 20 10 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 33
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes applicatives Pertes applicatives (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 X M (avec int. conf. 95%) X Machiavel (avec int. conf. 95%) 0 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 0 Nombre de capteurs mobiles 90 80 70 60 50 40 30 20 10 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 33
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes applicatives Pertes applicatives (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 X M (avec int. conf. 95%) X Machiavel (avec int. conf. 95%) -50% 0 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 0 Nombre de capteurs mobiles 90 80 70 60 50 40 30 20 10 RESSS -. Gallais Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 33
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes au niveau M Pertes au niveau M (%) RESSS -. Gallais 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 X M M pas prête Radio éteinte Paquet non capturé Paquet erroné Paquet en file d attente Pas de voisins X Machiavel Protocole M (64 capteurs mobiles) Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 34
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes au niveau M Pertes au niveau M (%) RESSS -. Gallais 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 X M M pas prête Radio éteinte Paquet non capturé Paquet erroné Paquet en file d attente Pas de voisins -40% X Machiavel Protocole M (64 capteurs mobiles) Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 34
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes au niveau M Pertes au niveau M (%) RESSS -. Gallais 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 X M M pas prête Radio éteinte Paquet non capturé Paquet erroné Paquet en file d attente Pas de voisins X Machiavel Protocole M (64 capteurs mobiles) Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 Voisinage assuré 5 0 34
L accès au médium en environnement mobile Evaluation du protocole : pertes au niveau M Pertes au niveau M (%) RESSS -. Gallais 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 X M M pas prête Radio éteinte Paquet non capturé Paquet erroné Paquet en file d attente Pas de voisins X Machiavel Protocole M (64 capteurs mobiles) Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN 65 60 55 50 45 40 35 30 Réductions des 25 collisions 20 15 10 5 0 34
X-Machiavel : ilan X-Machiavel réduit le délai d accès au médium des capteurs mobiles : anal libre : données prises en charge par un capteur fixe anal occupé : médium subtilisé par le capteur mobile alcul du prochain saut vantage pour les capteurs mobiles Réduction des congestions et des pertes vantage pour les capteurs fixes Performances sans compromis sur la consommation énergétique RESSS -. Gallais 35 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
onclusion M et WSN : esoins d auto-adaptation Economie d énergie : Gestion de la radio -> Sous-couche M, LPL pproches réactives et proactives Fonction du trafic Fonction de la topologie Fonction du routage Fonction de l application Mobilité : LPL-incompatible sans adaptation X-Machiavel : Priorité aux mobiles RESSS -. Gallais 36 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Perspectives Plus large spectre de solutions L2 Receiver-Initiated Ms (LPL à l envers) Standards (IEEE 802.15.4) Interactions M/Routage Economie d énergie ++ Tolérance aux pannes (utilisation des noeuds passifs) daptation paramètres physiques ouverture angulaire (capteurs video) justement des portées radio RESSS -. Gallais 37 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Plateforme SensL -> Equipex FIT Noeuds ouverts (capteurs tiers) et 48 robots mobiles Trajectoires suivant un modèle et recharge automatique RESSS -. Gallais 38 Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN
Mobilité et économie d'énergie : uto-adaptation de la couche M dans les WSN ntoine Gallais gallais@unistra.fr http://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais Journée thématique PH/Resom - 7 juin 2012, nglet, France RESeaux de capteurs et pplications ritiques de Surveillance (RESSS)