routage avec qos temps reel dans les rcsfs (real time qos routing in wireless sensor network)

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Since the Wireless Sensor Network (WSN) technology is upcoming in research throughout the last decade. They are a special type of networks deployed in different geographical regions for capturing the important information. WSNs consist of low energy devices called Sensor Nodes (SNs) which are capable of sensing and transferring the gathered information to remote controller called as Base Stations (BSs). Because these devices are generally are limited in communication and computing power so it is possible to lose the gathered information. Consequently, the researchers have created many routing protocols depending on QoS (Quality of Service) metrics for solving the energy and communication‘s problems. In this manuscript, we study a routing protocol, called DRLR (Distributed Reinforcement Learning Routing) which is reliable, and energy aware. This protocol is based on Learning Automaton method. We poof the performance and the reliability of DRLR by the results of our simulation with Contiki OS.

TRANSCRIPT

  • Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire

    Ministre de lEnseignement Suprieure et de la Recherche Scientifique

    Universit de Tahri Mohamed Bechar

    Facult de Sciences et Technologies

    Mmoire

    En vue de lobtention du Diplme de Master en Informatique

    Option : Systmes Informatique et Rseaux

    Un Nouveau Mcanisme Pour Le Routage Avec QoS dans

    les RCSFs

    Prsente et soutenue publiquement par

    ZIANE Chahrazad

    Soutenue devant la commission dexamen forme de

    Mr : .. .. luniversit de Bechar Prsident

    Mr : .. .. luniversit de Bechar Examinateur

    Mr : .. .. luniversit de Bechar Jur

    Mr : .. .. luniversit de Bechar Encadreur

    Anne Universitaire : 2014/2015

  • Ddicace

    Que ce travail tmoigne de mes respects :

    A mes parents :

    Je prie le bon Dieu de les bnir, de veiller sur eux, en

    esprant quils seront toujours fiers de moi.

    A mes surs et mon frre.

    A ma belle nice Allae

    A ma copine BenabdArahman Ahlem.

    A tous mes professeurs :

    Leur gnrosit et leur soutien moblige de leurs tmoigner

    mon profond respect et ma loyale considration.

    A tous mes amis et mes collgues :

    Ils vont trouver ici le tmoignage dune fidlit et dune

    amiti infinie.

    chahrazad

  • Remerciement

    En prambule ce mmoire nous remercions ALLAH

    Qui nous aide et nous donne la patience et le courage durant ces longues

    annes dtudes.

    Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincres tout dabord au

    corps professoral et administratif de la facult des sciences exactes pour la

    richesse et la qualit de leurs enseignements et qui dploient de grands efforts

    pour assurer leurs tudiants une formation actualise ainsi quaux personnes

    qui nous ont apport leur aide et ont contribu llaboration de ce mmoire

    et qu la russite de cette formidable anne universitaire.

    Nous tenons remercier sincrement "Monsieur N.Saddiki " qui, en tant que

    encadreur de mmoire, sest toujours montr lcoute et trs disponible

    tout au long de la ralisation de ce mmoire, ainsi pour linspiration, laide et

    le temps quil a bien voulu nous consacrer et sans lui ce mmoire naurait

    jamais vu le jour.

    HPHighlight

    HPHighlight

  • I

    Rsum

    Depuis que la technologie des rseaux de capteur sans fil est venue dans la recherche

    tout au long de la dernire dcennie. Ils sont un type particulier de rseaux dploys dans

    diffrentes rgions gographiques pour capturer les informations importantes. Les RCSF

    (Rseaux de Capteur Sans Fil) consistent en des dispositifs faible nergie appels nuds de

    capteurs qui sont capables de dtecter et transfrer les informations recueillies au dispositif de

    commande distance appel stations de base. Parce que ces dispositifs sont gnralement sont

    limites en la communication et la puissance de calcul il est donc possible de perdre les

    informations recueillies. Par consquent, les chercheurs ont cr De nombreux protocoles de

    routage dpend aux paramtres de QoS (qualit of Service) pour rsoudre les problmes

    l'nergie et de communication. Dans ce manuscrit on a tudi un protocole de routage appel

    DRLR (Distributed Reinforcement Learning Routing) qui est fiable et conscient en nergie. Ce

    protocole est bas sur une mthode dit Automate dapprentissage (Learning Automaton). On a

    prouv les performances et la fiabilit de DRLR par les rsultats obtenus daprs la simulation

    sous Contiki OS.

    Les mots cls : Rseaux de capteur sans fil ; Qualit de Service ; Automate

    dapprentissage ; Contiki OS.

  • II

  • II

    .

    .

    .

    .

    . .

    .SO ikitnoC

    SO ikitnoC :

  • III

  • III

    Abstract

    Since the Wireless Sensor Network (WSN) technology is upcoming in research

    throughout the last decade. They are a special type of networks deployed in different

    geographical regions for capturing the important information. WSNs consist of low energy

    devices called Sensor Nodes (SNs) which are capable of sensing and transferring the gathered

    information to remote controller called as Base Stations (BSs). Because these devices are

    generally are limited in communication and computing power so it is possible to lose the

    gathered information. Consequently, the researchers have created many routing protocols

    depending on QoS (Quality of Service) metrics for solving the energy and communications

    problems. In this manuscript, we study a routing protocol, called DRLR (Distributed

    Reinforcement Learning Routing) which is reliable, and energy aware. This protocol is based

    on Learning Automaton method. We poof the performance and the reliability of DRLR by the

    results of our simulation with Contiki OS.

    Keywords- Wireless Sensor networks ; Quality of Service ; learning Automatan ;

    Contiki OS.

  • Liste des figures

    Les figures Page

    Fig I.1 Architecture dun RCSF. 4

    Fig I.2 Classifications des applications des RCSFs ...... 6

    Fig I.3 Utilisation des RCSF dans lagriculture 7

    Fig I.4 Un service militaire utilisant les RCSF . 8

    Fig I.5 Collecter les informations la demande ... 9

    Fig I.6 Collecter les informations Suite un vnement ...... 9

    Fig I.7 Topologie classique des RCSF .. 10

    Fig I.8 Position des WSN par rapport dautres technologies . 12

    Fig I.9 Utilisation les RCSF dans le domaine militaire 14

    Fig I.10 exemple des rseaux de capteur dans lenvironnement .. 15

    Fig I.11 exemple dutilisation de RCSF dans le domaine mdicale . 16

    Fig I.12 application des RCSF domestique 17

    Fig I.13 Exemple dun capteur . 18

    Fig I.14 Architecture matrielle dun capteur ... 19

    Fig I.15 Ensembles des capteurs ... 20

    Fig I.16 Rayons de communication et de dtection d'un capteur . 22

    Fig I.17 Modle de consommation dnergie ... 28

    Fig I.18 Connectivit des nuds capteurs 29

  • Fig I.19 k-couverture 29

    Fig I.20 Architecture protocolaire 30

    Fig II.1 Classification des techniques de routage . 4

    Fig II.2 Architecture de rseau plat .. 8

    Fig II.3 Architecture du rseau hirarchique. 10

    Fig II.4 Un protocole de routage multi-chemins scuris fond sur les

    clusters pour les RCSFs 14

    Fig II.5 Les types de routage multi chemin .. 15

    Fig II.6 Protocole de routage bas sur les requtes ... 17

    Fig II.7 Rseau avec ngociation .. 18

    Fig II.8 Protocole SPIN 24

    Fig II.9 Les phases de Directed diffusion 25

    Fig II.10 Clustering hirarchique .. 26

    Fig II.11 Protocole LEACH .. 27

    Fig II.12 Approche de passage de jeton 28

    Fig III.1 Architecture de l'arbre SAR ... 11

    Fig III.2 Queuing modle sur un nud de capteur particulier .. 12

    Fig III.3 Architecture de base d'un protocole SPEED .. 14

    Fig III.4 Dfinitions NS et FS .. 17

    Fig III.5 Quartier boucle de retroaction (Neighborhood Feedback Loop

    (NFL)) ... 19

    Fig III.6 Multiple SPEED layer in MMSPEED 22

    Fig III.7 Slection des nuds de transmission . 24

  • Fig III.8 Assortiments de chemin dans QEMPAR ... 26

    Fig IV.1 Apprentissage supervis . 3

    Fig IV.2 Interaction Agent-Environnement .. 4

    Fig IV.3 Relation entre automates d'apprentissage et de son environnement .. 7

    Fig IV.4 Irrgulier automates cellulaires de l'apprentissage . 8

    Fig IV.5 Systme de transition tiquet 17

    Fig IV.6 Prsentation de lalgorithme DRLR par les automates .. 20

    Fig IV.7 Format de paquet Hello . 21

    Fig IV.8 Format de paquet Data-packet . 21

    Fig IV.9 Format de paquet Reply-packet .. 22

    Fig IV.7 Architecture de Contiki OS ................................................................ 25

    Fig IV.8 Dmarrage de Contiki sur VMware ... 28

    Fig IV.9 Interface graphique (bureau) Contiki . 28

    Fig IV.10 Le Terminale de Cooja 29

    Fig IV.11 Interface graphique du simulateur Cooja 29

    Fig IV.12 Cration dune nouvelle simulation sous Cooja .. 30

    Fig IV.13 Le rpertoire protocole-DRLR ... 30

    Fig IV.13 lajout des nuds de type Sky mote 31

    Fig IV.14 Le choix du fichier.c de simulation .. 31

    Fig IV.15 Laccs au rpertoire protocole-DRLR .. 32

    Fig IV.16 la compilation de fichier DRLR.c .. 32

    Fig IV.17 Chargement des modules . 33

  • Fig IV.18 Lajout le nombre des nuds favori 33

    Fig IV.9 La simulation du protocole DRLR . 34

    Fig IV.10 La fentre de Data Collect 34

    Fig IV.11 les paramtres de routage sous Contiki . 35

    Fig IV.12 Le nombre de paquets perdus dans DRLR . 36

    Fig IV.13 La latence dans DRLR .. 36

    Fig IV.14 Les paramtres de lanalyse de la fiabilit du DRLR 36

    Fig IV.15 les niveaux de la consommation dnergie dans DRLR 37

  • Liste des tableaux

    Les tableaux Page

    Tab I.1 Les diffrentes technologies des nuds capteurs . 20

    Tab III.1 comparaison entre les protocoles ... 29

    Tab IV.1 format de la table de routage du protocole DRLR 20

    Tab IV.2 RTmetric en second 53 . 35

    Tab IV.3 RTmetric en second 55 . 35

  • Liste des acronymes

    RCSF Rseaux de capteur sans fil

    Tiny-OS Tiny operator system

    Overhearing Ecoute en passive