Definition dune structure adaptative de reseau local sans fil `a consommation optimisee

SETIT 2005 3 rd International Conference: S ciences of E lectronic, T echnologies of I nformati on and T elecomm unications March 27-31, 20 05 – T UNISIA Définition d’une structur e adaptative de réseau local sans fil à consommation optimisée Sabri CHEBIRA, Gilles Merc ier et Jackson Francomme LIIA-120-122, rue Paul Armangot 944 00 Vitry Sur Seine- Université de Créteil (France) ms.chebira@univ-paris12.fr mercier@univ-paris12.fr francomme@univ-paris12.fr Résumé: La forte croissance des réseaux sans fil bas débi t (LR-WP AN), nous am ène à considérer les problèm es d’autonom ie, donc de durée de vie des nœuds d’un réseau, sac hant que le changem ent des alim entations est s ouvent difficile à effectuer , d’une part. La mobilité inhérente à ce type d e matériel est un élément essentiel, il en résultera des contraintes de routage, donc un probl ème compl exe à résoudre, d’a u tre part. Cet article pr opose des axes de travail pour évaluer les performances d’un tel réseau en terme de consommation én ergétique et en performance de mobilité. Les objectifs étant contradictoires, il faudra trouver néce ssairement un compromis. Par ailleurs, si nous souhaitons garantir un délai maximal d e remise de message , possibilité que nous offre la norme 802.15-4 , un autre compromis s’imposera entre une structure strictem en t figée, et une structu re totalem ent mobile. Nous présentons donc, une quantificati on du coût énergé tique en fonction d’u n débit sou haité, par r apport à la du rée de somm eil des nœuds du réseau. Puis nous ouvrons des pistes de réflex ion pour trouver le meilleur compromis : consommation/mobilité/délais garantis, e n suggéra nt une structu re de réseau a daptative pa rtant d’un concept de MANET . Mots clés: Autonomie, Consommation, Délais garantis, Mobilité, Réseau Local sans fil (LR-WLAN), Routage, MANET , IEEE 802.15.4. 1 Introductio n Il semble très vraisem blable, que les réseaux sans fil bas débit LR-WP AN (Low Rate W ireless Personal Area Network) pr endront de plus en plus de place dans notre vie quo tidienne et dans une gamme d’applicati ons très variées, i ncluant la domot ique, l’industrie des p rocédés, etc.. P our ces types d’applicat ions, un nom bre fini de nœuds m obiles et autonomes est distribué sur une surface et communique nt sans fils. Comparé au WLAN (W ireless Local Area Net work) qui sont conçus pour fournir un débit pl us importa nt et une faible latence pour des envi ronnements de transfert de fichiers et pour le multimédia, le débit req uis par les applications sous un réseau LR- WP AN reste de l’ordre de quelques dizaines de k bits/sec. En cons équence, la latence requise est de l’ordre des 100ms ou plu s (Gallaway & al, 2002). Le paramètre l e plus im portant dans ces applications es t la consomm a tion en éner gie électrique qui doit être la pl us bas possible, puisq u’ en prat ique, il est difficile de changer les batteries ou de les rechar ger dans de nom breux cas. Un nouveau standard à été dé veloppé avec ces objectifs par l e groupe de travai l IEEE 802.15 .4 (Specifications 802.15.4-2003 IEEE) (Gutierrez & al, 2001). Le but de cette technol ogie est de fo urnir un standard po ur les couches basses du modèle OSI (physique et l iaison de do nnées) of frant un bas dé bit et une consom mation d’é nergie faible et m odulable. Cet article présente une analyse des facteurs d'influence su r la consomm ation éner gétique du réseau, donc dans l' autonomie des noeu ds qui le constituent. Cette analyse portera essentielle ment sur les aspects de débit, de garantie des délais de transmission de message, de mobilité et d'évolutivité du réseau. Sachant que ces critères de perform ances ont des ef fets contradictoire s sur les performances énergétiques, nous chercherons à élaborer des comprom is pour un ch oix optim al d ans une application do nnée. Au paragraph e 2, nous présento ns les principal es caractéristiques de la couche MAC du IEEE 802.15.4. Le paragraphe 3 expose une analyse des facteurs d'influence s ur les performances du IEEE 802.1 5.4 (débit/ consommation d e ce standard) SETIT2005 Au paragrap he 4 nous pré sentons un e xemple de réseau adaptatif et analysons les caractéristiques d'adaptation de ce concept au standa rd 802.15. 4 2. Norme IEEE 802.15.4 La norme IEEE 802.15.4 défi nit deux modes d’accès au média. Le prem ier est le mode sans balises, que l’on ne co nsidérera pas dans cet article parce qu’il est rarement utilisé, et qu'il ne peut répondre aux objectifs de garant ie de délai s d'acheminem ent des messages. Le second est le mode balisé. C’est sur ce mode que n ous développ ons notre anal yse. Dans le mode balisé, la norm e IEEE 802.15.4 utilise une structure de super trame. La super trame commence par une bal ise tr ansmise périodiquem ent, par un nœud spécifique du ré seau appelé coordinate ur, à intervalles de temps réguliers de l’ordre de 15ms à 245s. Entre deux bali ses se défini t la super t rame, dans laquelle c ohabit ent deux pé riodes : • une période active où les nœuds pe uvent communi quer . • une période non acti ve dans la quelle les nœuds se mettent en mode veille. Un param ètre perm et de fixer la d urée des intervalles des balises. Ce paramètre est désigné par le terme ( macBeac onOr der : BO ) ( BO =2BO X aBaseSuperFra meDuration ). Un aut re paramètre ( macSuperFrameOr der : SO ) définit la longueur de la portion active de la super t rame. La partie active de la super trame est divisée en 16 sl ots de temps égaux et consiste en trois parties : la balise, la période d’a ccès par contention (C AP : Contention Access Period) et la période de libre collisio n (CFP : Contenti on Free Peri od). Dan s le cas où la supe r trame inclue un segm ent CFP , le coordi nateur gara ntit l’accès au médium à certains nœuds. Pour cela, le segment CFP est divisé en plusieurs parti es appelées GTS (Guaranteed tim e slots). Chaque GTS consiste en de multiples entiers de slots CFP et il peut y avoir jusqu’à 7 GTS da ns une CFP . Nous présento ns maintenant q uelques part icularités de la co uche MAC de la norme IEEE 802.15.4 . (Specifications 802.15.4- 2003 IEEE) Figure 1. S tructur e d’une super trame 802. 15.4 2.1 T ransmission des d onnées : Avant toute tr ansmission de données, les nœ uds ont besoin de connaître la structure de la super trame. Pour cela ils doivent at tendre la transm ission da la balise. Si un nœud à réservé un créneau GTS, il envoie les données durant le segment CFP, sinon il les envoie pendant le segment CAP. Dans le PAN (Pers onal Area Netw ork), le coordinateur d u PAN est responsable de l a génération des balises super trames et de toutes les i nformation la composant ( SO, BO, les GTSs, … ) En ce qui concerne les com munications du coordinateur e n destination des nœ uds La requête de transaction doit être initialisée par le nœud lui-même afin de permettre à des dispos itifs d'être en mode d'économie d’énergie selon le ur propre volonté. Le nœud envoie une comman de de requête de données au coordi nateur pendant le segment C AP. Si son adresse est dans la liste d’atten te de la balise, le coordinateur envo ie une trame d’acquittemen t avec un drapeau indi quant que les données seront envoyées prochainement. Il envoie ensuite la tra me. Quand les données sont reçues, un acquitte ment est envoyé au coordinateur du PAN. 2.2 Rapport c yclique Le coordinateur a nnonce la structure de la super trame aux nœuds du P AN pé riodiquement à travers les trames balise. En changeant l es portions actives et no n actives via les paramètres SO et BO, le coordinateur doit opérer sous un fai ble rapport cyclique afin d’économiser l’éne rgie Le rapport cyclique étant égal à 2 SO /2 BO . 2.3 La période d’accès par contention (CAP) Le segment CAP est situ é entre la balise de la super trame et le segment CFP . T outes les trames dans le segment CAP utilisent la technique d’accès au média de type Sl otted CSMA-C A comme décrit ci- dessous : T rois variables sont mises à jo ur dans chaque nœud pour l’accès au canal : NB, C W et BE. NB est la période du Ba ckOff dans le CSMA-CA attendant l a fin de la t ransmissi on en cours , et reste à zéro pour chaque nouvel le transmissi on. CW est la longue ur de la fenêtre de contention, qui est à 2 lors d’une nouvelle transmission de données ou bien quand le canal est occupé. BE est l’exposan t BackOff, qui est relié à la période du Bac kOff que le nœud doit attend re avant la prochaine tentative d’accès au canal (écoute du canal). Quand le nœ ud a besoin de t ransm ettre des paquets pendant le segment CAP , il initialise sa réception et attend un nom bre aléatoire de périodes de BackOf f complètes (jusqu’à 2 BE -1 périodes) et déterm ine si le canal est libre ou pas. La couche MAC assure qu’après le BackOff aléatoire , les opérations CSMA- CA restantes seront prises en compte et la transaction entière sera complétée avant la fin du segment CAP . Si le canal est occupé, on incrémente NB et BE de un, et on réinitialise CW à 2. Si NB est plus petit ou égale qu’un seuil désigné par le t erme macCSMABack Offs, on attend pendant une autr e période aléatoire, sinon la Super Trame f ( BO ) Portion Non Active Portion Activ e f ( SO ) CAP PCF Balis Balise Slot 0 Slot 1 Slot 2 Slot 15 Slot 14 t SETIT2005 tentative de transmission se termine par un échec. Cette technique d’accès au medium conduit à une augmentati on de la cons ommati on d’éner gie dans le cas où on a de longues périodes de Bac kOff. C e problèm e apparaît lors de péri odes à grand trafic pour éviter les collisions. Cep endant, la norme IEEE 802.15.4 s upporte l e mode d’extensio n de vie de batterie (BLE : Battery Life Extention), dans lequel les composantes BackOf f sont limitées entre 0 et 2. Ce dispositif réduit les périod es d’écoute du canal lib re pour les applications à faible trafic. Un nœud du réseau doit mettre sa radio en veille pour conserver l’énergie immédiatem ent après la réception de la trame d’acquittement s’il n’a p as d’autres données à transmettre ou à rece voir 2.4 La période d’accès garantis CFP Le standard IEEE 802.15. 4 permet l’utilisation optionnelle de segments CFP pour les nœuds demandant une bande pa ssante pr opre pour a voir une faible latence. Le segment CFP se po sitionne entre la fin du segment CAP et le début de la prochaine balise. T outes les transactions ave c contention doi vent se terminer avant le début du segment CFP . Un nœud nécessitant une bande passante propre ou bien une faible latence doit se faire assigner par le coordinateur un GTS dans la CFP . Quand le nœ ud veut transmettre une t rame à travers un cré neau GTS. Il doit en premier lieu consulter la liste dan s la trame balise pour connaî tre la posi tion de so n créneau GTS dans la super tram e. Si un créneau GTS valide lui est fourni, le nœud se tient prêt à le localiser et transmet ses données du rant cette fenêt re temporelle GTS. 2.5 La synchr onisation Le coordinateu r du P AN, transm et périodiquement des trames « balise » pour annoncer la struct ure de la super trame dans le P AN. Les nœud s du P AN ont besoin de se synchroniser a vec le coordinateu r en recevant et décodant la tram e balise avant le début des transmissions. Il existe deux méthod es de synchronisation : avec suivi et sans suivi . Dans le cas d’une synchronisation avec suivi, le nœud reçoit en premier la balise, recon naît la structure de la super trame, reconnaît le moment ou il doit activer une récepti on pour la proc haine balise et fai re un suivi. Pour transmettre une trame, le nœud doit activer la réception un peu a vant l’arrivée de la balise. Dans le cas d’une synch ronisation sans s uivi, Si le nœud à besoin de transmettre d es données, il essaie d’acquérir la balise sans qu’il sache à quel moment elle sera envoyée. Ainsi le nœud est obligé d’activer la réception jusqu’à ce qu’il reçoive une balise de la part de son c o ordinateu r . 3. Analyse des facteurs d'influences sur les performances du réseau Dans cette partie, nous exposerons les différents facteurs qui i nfluent su r les perfo rmances du réseau. Ses perform ances sont exprim ées en terme de bande passante, de la tence et de consom mation et dépendent des besoins de l’applicatio n. La norme IEEE 802.15.4 met à disposition un certain nombre de fonctionnalités paramétrables, que nous nous propos ons maintenant d'analyser: 3.1 Le CS MA-CA dans la CAP Dans la norme IEEE 802.15.4, la technique d’accès a u média (CSMA -CA) emploie de courtes péri odes de BackOff afin de réduire la con sommati on d’éner gie nécessaire à l’écoute du média libre. Ceci n'est vraiment réal iste que p our des appli cations à tem ps non criti que ou le ntes. Les délimit eurs de la supe r trame qui sont les balises, ne per mettent pas à un n œud d’émett re si le temps nécessaire pour la transmission est plus gra nd que la durée du segm ent CAP . Ceci se traduit en une moindre efficacité de l’utilisation du média. Donc il faut param étrer les balises po ur avoir un seg ment CAP dont la durée peut conteni r ce message. 3.2 Le rap port cycli que Dans la norme IEEE 802.15.4 c’est le coordinateur qui décide du rapp ort cyclique et des int ervalles de balises. Ceci est fait en fixant les paramètres BO et SO. Un rapport cyclique bas conser ve l’éner gie en augmentant la période d’i nactivi té (nœuds en mode sommeil ) mais cela réduit la bande passante et augmente la latence. A vec le même rapport cyclique on peut a voir dif férentes com binaisons de B O et SO ce qui veut di re qu’on a ura dif férentes structure de la super trame au niveau des périodes active et inactive et au niveau de la long ueur de la s uper tram e. Ce qui revient à dire que lorsque le rapport cycli que dimi nue la consommation en éner gie diminue (Linéairement). La réception des balises cons omme la plupart de l’énergie tant que le coût en transmission est négligeable. Le délai de dé livrance des paquets augm ente avec la dimi nution du rappo rt cyclique p uisque l' on aura une grande période d’inactivit é. A vec le même rapport cyclique, le plus petit SO correspond à une p ériode active plus p etite, et puisque la durée de la balise est plus faible, cela conduit à une plus grande c onsomm ation : pour une pério de fixe, on aura plus de balises transmises et reçues. En contrepartie, on obtient une latence plus petite puisque si un paquet ar rive dans la péri ode inactive il aura une plus petite période d’attente. 3.3 Les créneaux GTS (Guaranteed T ime Slots) Les GTS sont assi gnés pendant l e segment CFP aux applicati ons demanda nt une band e passante dédiée ou une petite latence. Cep endant, les créneaux de temps assignés à une application seront g aspillés s’il n y a pas de dem ande de transm ission de données. De plus un nœud en m ode GTS, doit décode r périodiquem ent les trames balise du c oordinat eur afin SETIT2005 de localiser dans le temps le créneau qu i lui est attribué et par la suite transmettre ses données. Ce qui implique que dans ce m ode, le taux de déliv rance soit de 100% et le noeud a ura une faible l atence par rapport à la charge du trafic dans le résea u. Cependant la consommation en éner gie augmente 3.4 La synchr onisation A vant que le nœud ne transmette n’impor te quelle trame de données, il a besoin de se synchroniser avec le coordinateur en recevant des tram es balises. A v ec le mode suivi de bali ses, le nœud active péri odiqueme nt sa radio afin de recevoir la tram e balis e, donc il consomm e de l’éner gie. Cepe ndant, le n œud connaît le moment de l’ém ission de la prochaine trame bal ise, donc il se met en mode s o mmeil en at tendant ce moment, afin de conserver de l’éner gie. A l'opposé, da ns le mode sans suivi de bal ises, le nœud ne gaspille pas de l’éner gie dans la réception périodique des tram es balise. Cepe ndant, tant qu’il ne sait pas à quel moment la trame b alise est transmise, il doit mettre en marche sa ra di o dès qu’il aura besoin de communiquer avec le coo rdinateur . Ce qui peut c oûter beaucoup en consomm ation d’éner gie due à une longue pé riode li bre. Il y a donc un compr omis à adopt er entr e les deux modes : suivi et le non suivi des balises dépendant du rapport cyclique et du débit. Pour une période fixe, Si le rapport cy clique est petit, le nombre de trames balise est réduit, donc dans le mode avec suivi de trame la réception des trames balise consomm e moins d’éner gie. En attendant les nœuds en mode non suivi de balise, (statistiqu ement) doivent atte ndre plus longtem ps avant de recevoir une trame balise, donc ils doiven t activer leurs récepteurs pendant une plus l ongue période , ce qui augment e la consomm ation en éner gie. A vec un plus gran d débit, la probabilité du beso in de transmettre des données dan s l’intervalle balise augmente. En même temps il y reste un besoin de sy nchronisation pour les nœud s en mode non suivi de balise, et donc la co nsomma tion d’énergie a ugmente Analyse du coût énergétique des deux modes (avec et sans suivi) Nous étudions ici l’influence du choi x du mode , avec et sans suivi, sur la consommation en éne rgie d’un nœud. Soit P t , P r et P i les puissances de consom mation de la transmi ssion radio, de l a réception radio et de l’écoute libre. Soit T b , T d , T a et T i la durée en tem p s de la trame balise, trame de donnée, trame d’acquittement et le BackOff aléatoire res pectivement. Soit p , la probabilité de la présen ce d’un paquet à transmettre dans l’intervalle balise BO . Supposons que le débit est r et K la taille du paquet à transmettre. 8 • • = K BO r P Pour le bas débi t des WP AN, on suppose qu’il y a au plus une tra me de donnée dans l’inte rvalle balise. A vec le mode avec suivi de balise, le coût en énergi e dans un inte rvalle bali se de la super tram e consiste en la réception d’ une tram e balise et s’il y a une transm ission de tram e, la consom mation en énergi e de la péri ode de Back Off, l a transm ission de la trame de données et la réception de la trame d’acquittement . Ce qui donn e : () i i a r d t b r suivi T P T P T P p T P E + + + = Sans suivi, le coût en énergie dans l’intervalle balise de la super tram e est nul s’il n’y a pas de trame à transmettre. S’il y a des paquets à transmettre le nœud à besoi n d’écouter le média pendant BO / 2 en moyenne da ns le but de s e synchroniser avec le coordinateur , ensuite il envoie le pa quet dans le prochain intervalle balise. On a donc : ( ) i i a r d t BO i Suivi Non T P T P T P P p E + + + + = − 2 4. Recherche d’une stru ctur e adaptative La couche MAC de la norm e 802.15.4 off re des services à la couche ré seau. Afin de mieux comprendre les besoins et les contraintes propre s à la couche réseau et de mieux comprendre l e comportem ent de la couche réseau da ns diverse topologie et d’ap plications, nous présenton s un concept d'arc hitecture de couche résea u pour les infrastructures mobiles ad hoc (MA NET Mobile Ad hoc NET work) basé grappe . Puis nous étudierons les…….. 4.1 Caractéristiques des MANET s Un réseau de type MANET (IETF , 20 04) est constitué de plates-form es mobiles (i.e. un routeur avec plusieurs h ôtes et élém ents de comm unication sans fil). Actuellement appelés nSuds (nœuds ) - ils sont libres de se déplacer a rbitrairement. Ces nœuds peuvent être dans des avions, des bat eaux, des camions, de s voitures, voire même sur des pers onnes ou sur des éléments extrêmement petits, éventuellement avec plusieur s hôtes pa r routeur . Une structure MANET constitue un système autonome de nœuds mobi les. Ce systèm e peut être isolé, mais il peut aussi avoir des passerel les ou des interfaces le reliant à un réseau fixe. D ans son fo nctionnem ent futur , on le voie typiquem ent comme un réseau "final" (stub network) rattaché à un réseau d'intercon nexion. Un réseau final gère le trafic créé ou à destination des nœuds interne s, mais ne perm et pas à un trafic extérieur de transiter par lui. Les nœuds des MANET sont équipés d'émett eurs et de récepteurs sans f il utilisant des ante nnes qui peuvent être omnidir ectionnelles (dif fusion), f ortement directionnell es (point à point ), probablem ent orientables, ou u ne combinaison des deux . A un instant donné, en fonction de la p osition des nœuds, d e la configurati on de leur émette ur-récep teur , des niveaux de puissance de trans mission et d'interfére nce entre les canaux, il y a une connectivité sans fil qui existe entre les nœuds, sous forme de graphe aléatoire multi sauts o u de réseau a d hoc. Cett e topologi e peut SETIT2005 Tête de grappe Nœud simple Passerelle Nœud émetteur Nœud réce p teur changer avec l e temps en fo nction du mouvem ent des nœuds ou de l'ajust ement de le urs paramètres d'émi ssion récepti on. Les principales caractéristiques des MANET s sont les suivantes: 1- T opologies dy namiques : Les nœuds sont libres de se déplacer arbi trairement, ce qui fait que la topologie du r éseau - typiqu ement m ulti sauts - peut changer aléatoi rement et rapi dement n'im porte quand, et peut être constituée à la fois de liaiso ns unidirectio nnelles et bidir ectionnelles. 2- Liaisons à débits va riables et à bande passante limitée : les liaisons sans fil auront toujours une capacité inférie u re à leurs homologues câ blés. En pl us, le débit réel de s communicat ions sans fil - a près avoir déduit les effe ts des accès multiples, du fadi ng, du bruit, des interfére nces, etc. - est souvent i nférieur aux taux de transfe rt maxim um de la radio. Un des effet s de ces débits de liaison relativement faibles est q ue la congestion se ra généralem ent la norm e plus que l'exception, i. e. La demande des a pplications distribuées appr ochera ou dépassera s o uvent la capacité du réseau. Comme le réseau m obile est souvent une simple extension d'un résea u fixe, le s utilisateurs mobiles ad hoc demanderont les mêmes services. Cette demande ne cessera de croître avec l'augmentation des traitements multimédia et d es applications basées sur les réseaux. 3- Utilisation limitée de l'én ergie : Une partie des nœuds d'un M ANET , voire l' ensemble des nœuds, peut reposer s ur des batt eries ou un autre m oyen limi té pour puiser l eur éner gie. Pour ces nœuds, le pl us important est sans doute de m ettre en place des critères d'optimisation pour la conservatio n de l'énergie. Que peut on al ors faire au niveau de l a couche MAC afin d’optimiser le trafic sur le réseau ? Il est certain que la couche M AC ne peut pas à elle seule optimiser le trafic au niveau réseau, mais un bon paramétrage adaptatif des c ouches MAC et réseau peut mener à de meilleures performances en terme de débit et de c onsomm ation. Le réseau que nous all ons présenter da ns ce qui suit se base sur une structure en gra ppe ou cluster . La dif fusion est un service fondam ental dans les réseaux MANET s. La nature de la diffusio n des transmissions sans fi ls, qui est que tous les voisins de l’émetteur reçoivent le p aquet quand celui-ci é met un paquet, limite extrêmement l’extensibilité du réseau. Quand la taille du réseau augmente et le qu’il d evient dense, une sim ple opération de dif fusion peut déclencher d’importantes col lisions et contentions de transmission pouvant amener à l’ef fondre ment du réseau entier . Ceci est connu comme le problème de diffusion orageuse ou storm broad cast (Ni & al, 1999). La structure en grappes est une implém entation simple du ba ckbone qui contie nt seulement deux niveaux de st ructure hiéra rchique. Le réseau est partitionné en grou pes de grappes. Chaque grap pe contient une t ête de grappe (clusterhead) qui domi ne tous les autre s nœuds. De ux têtes de gra ppe ne peuvent pas être voisi nes. Les passerelle s ne sont pas des têtes de grappe s et doive nt avoir au mini mum un voisin appa rtenant à une autre gra ppe Figure 2 . S tructur e d’un MANET or ganisé en grap pe L ’acheminement de paquets dans le réseau se fait comme suit : le nœud émetteur , émet le paquet vers sa tête de grappe , qui se char ge de le dif fuser au nive au de la grappe. Au niveau des nœ uds simples, s’i ls ont reçus le paquet pour la première fois, ils vérifient si celui-ci leur est adressé, si c’est OUI ils exploitent le paquet, sinon il ne font rien 4.2 Analyse des performance s 4.2.1 Char ge totale du rése au Dans cette sec tion nous étudions le com portement du réseau du point de vue char ge. En d’autre s term es en fonction de la char ge du réseau, quelles sont le s performances att endues ? Supposons qu’on n’a qu’un seul message da ns le réseau, dans l’architecture que nous avons proposé, le message sera achem iner à travers les têtes de grappes et les passerelles jusqu’au destinataire. A ce niveau, nous n’allons pas trouver de problèm es qui soient propre à la couche MAC tel que les co llisions. Mais si notre réseau c ontient une pl us importante char ge soit au niveau du nom bre de nœuds, soit au niveau du nombre des m essages circulant sur l e réseau, là, plusieurs p roblèmes peu vent être se produire : 1- un grand nomb re de collisions, entraîn ant de médiocres performances du réseau. Une sol u tion à ce problème serait de se servir des m écanismes d’accès au média de la couche MAC IEEE 802.15.4, en définissant de s niveaux de pri orité aux m essages et de véhiculer les messages prioritaires dans le segment CFP et les moins prioritaires sur le segment CAP . La tête de grappe serait le coordinateu r du clust er (P AN). 2- Suite à un gran d nombre de collision s ou de nœuds acheminant l e paquet, le message peut arriver soit trop tard, soit ne pas arriver . Cela p eut également arriver suit e à un changem ent du cluster , dans lequel le message à déjà été dif fusé, avant l’adhésion du nœud SETIT2005 destinataire au nouveau cluster . Autrement dit lors de la dif fusion du me ssage le nœud destinat aire était occupé à changer de cluster suite a un déplaceme nt. Une solution serait de définir un temps de validité au niveau de cha que me ssage, et ne plus l’achemi ner à l’expiratio n de ce tem ps. Ou bien de définir une procédure d’ad hésion à un clust er de telle sorte que si le clusterhead accepte un nouveau nœud da ns son cluster , il vérifie s’il a diffusé un m essage juste avant d’accepter le nœud, si OUI et si il lui est adressé, il le lui transmet. Mais cette méthode oblige to us les clusterhead à g arder tous les messages qu’ils diffu sent pendant un laps d e temps. 4.2.2 Energi e consommée Afin d’avoir une i dée sur la marge de consomm ation en éner gie des composants basé s ur le IEEE 802.15.4, à titre d’exem ple nous exposons au T ableau 1 les spéci fications e n consomm ation d’éner gie du com posant Chipcon CC2 420, en fonctio n du mode de réception, de somme il (IDLE), et d’arrêt. Power Down Mode (PD) 20 µA Idle mode (IDLE) 426 µA Current consumption, receive mode 19.7 mA T able au 1. Puissances consom mées du 802.15. 4 (Chipcon, 2004 ). Le ratio de puissance consommée est de 1 :46 en mode somm eil et 1 :985 en m ode arrêt, par rapport à la consommation du circu it radio (ém ission/réception). Ceci montre l’intérêt d’affiner au mieux la partie active et inactive de la super tram e. La consommation en éner gie est directe ment liée au trafic et à la charge da ns le réseau, mais un bon routage peut é conomiser beauco up d’éner gie dans la mesure où il choisira le chemin qui impliqu era le minimum de nœud da ns l’achem inement du message tout en évita nt qu’une grap pe ne dif fuse le m ême message plusieurs fois. Dans le réseau proposé plus haut et qui est basé essentie llement sur l a diffu sion le choix du che min optimal est im possible. Il n’existe pas de table de routage. Dans ce cas précis, le seul remède est de définir une politiqu e de diffusion intelligente et efficace. Le nœud émetteur du message transm et le message à son clusterhead , puisque le clusterhead dispose d’une table contenant les identificateurs des nœuds de son cluster , il vérifie si le destinat eur du message appartient a s on cluster o u pas. Dans l 'af firmative, i l le lui transmet, sinon il le diffuse. Les passerelles se charge nt de transm ettre le message au clust er voisin, les passerelles réceptrices du message vérifi ent si elles ont déjà reçue le m essage ou pas. Si c’est oui elle s ne font rien, si non elle l’achem inent à leu r clusterhead qui se char ge de le dif fuser après vérificat ion du destinataire. Et ainsi de suite jusqu’à ce qu e le message soit arrivé à destinatio n. Dans ce type de r outage, le pr oblème est que malgré que le message soit délivré à son destinataire, les autres clusters continuent à le dif fuser jusqu’à ce qu’il passe par tous les clusters, ou bien que sa date de validité soit expirée. Comment r emédier à ce pr oblème ? Nous n'avons pas de ré ponse à ce jour mais nous présentons les pistes de réflexio n sur lesquel les nous travaillons au titre de conclusion sur cet article,et que nous résumons au paragraphe suivant . 5. Conclusion Le routage est certainement le plus gros problème sur les MANET s, à traiter . Plu sieurs équipes travaillent sur cet axe de recherche cet aspect. On pourra citer , entre autres, In terlab d e l’université de Sherbrooke, le grou pe IETF qui porte essentiellement sur le routage IP . Un autre aspect de la consommati on d’éner gie est la consomm ation individuell e de chaque é quipeme nt. Nous avons présenté succinct ement une analyse sur la consomm ation en éner gie du IEEE 802.1 5.4, et les diffé rents param ètres qui influent sur la consomm ation. A ce niveau on pourr a adapter individuell ement le c omportem ent de ces param ètres de chaque clust er du réseau, en foncti on du nombre de nœuds présent dans le cluster et du trafic ( prioritaire CFP , non prioritaires CAP). 5.1 Extensibilité du réseau Si le réseau défini plus haut devi ent très dense, un simple envoi de m essage pe ut amener au "crash" du réseau puisqu’ un très gran de dif fusion peut am ener à de forte collision et interférence en tre différents équipement s dans le réseau. Une des s o lutions serait de limiter le nombre de clusters et de faire en sorte que les zones de couve rture des cluste rs ne se recouvrent pas. Ce qui ve ut dire que la portée d’ém ission de to us les nœuds soit ju ste suffisante pour couvrir les autres nœuds du cluster . Sans oublier que les passerelles des différents clusters doivent impérative ment pouvoir communiquer entre elles. Chose qui est très difficile à mettre en œuvre dans une ar chitecture mobile telle q ue les MANET s pu isque les nœuds bougent et les clusterhead aussi. Sauf si l' on considère que les clusterhead so nt des nœud s fixes, ce qui l imit erait la mobilité du MANET , ce qui impliquera qu’il faud rait définir les clusterhead avant d’implémenter le réseau et l’extensibilité du réseau se verra réduite, mais dans cette architecture sem i-fixe, il sera possible de définir des chemins de routage prédéterminés et assurer une délai ma ximal de transm ission bo ut en bout po ur des messages inséré s dans la pé riode sans c ontention PC F . La norme IEEE 802.15.4 définit des portées de 10 et 100 m, l’utilisation d’un porté de 10 m pour les nœuds serait adéquate pour optimiser les interférences et les collisions, en plus la rédu ction de porté implique une économie de conso mmation d’énergie 5.2 Débit En ce qui concerne le débit, la norm e IEEE 802.15.4 défi nit un débit théo rique de 1 15 Kbps, mais SETIT2005 ce n’est que le débit th éorique. Il est certain que la qualité des liaisons radio et la charge des protocoles : MAC, ainsi que les couches supérieures vont influer sur le débit, en plus si on comme nce à intégrer des fonctionnalité afin d’améliorer les performance du réseau ; ceci se traduirait directement par une baisse du débit effectif. Par exemple le fait d’intégrer des échéances de validité sur les messages, ça va i n duire un plus gran d nombre de paquets à transm ettr e et le débit effectif se verra diminue r . La plupart du temps, les différentes décisions architecturales que nous sero ns amenés à prendre afin d’optimiser ces différents critères de configuration exposés ci-dessus, in flueront d’une manière ou d ’une autre sur le débit et l a consommation éner gétique. Notre travail actuel, consiste à trouver un modèle d’optimisat ion d’architecture en fonction de ces deux critères Références: (Cipcon, 2004)Data Sheet pou r le CC2420 2.4GHz IEEE 802.15.4/Zigbee RF T ransceiver , diponible en ligne à l’adresse: http://www .chipcon.com/files/CC2420Data _Sheet_1_2.pdf (IETF, 2004)Le site official du groupe de travail sur les MANET l’IETF. Disponible en ligne à l’adresse : http://www.ietf.org/html.ch arters/manet-charter.html (Gallaway , 2002) Ed Callaway , Paul Gorday and Lance Hester , “Home Networking with IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Lo w-Rate W ireless Personal Area Networks", in IEEE Communications Magazin e, August 2002 (Gutierrez & al, 2001) J. A. Gutierrez et al., \IEEE 802.15.4: A developing standa rd for Low-Power , Low- Cost W ireless Personal Area Networks", in IEEE Networks, Sept. 2001 (Ni & al, 1999)S. Ni, Y . T seng, Y . Chen, and J. Sheu. The broadcast storm problem in a mobile ad hoc network. Proc. of ACM/IEEEMOBICOM’99, pages 151–162, Aug. 1999. (Specifications 802.15.4-200 3 IEEE) S tandard for Information T echnology-Part 15.4: W ireless Medium Access Control (MAC) and Phy sical Layer (PHY) specifications for Low Rate W i reless Personal Area NetW orks (LR-WP ANS), 2003.