RASMAS: Réseau Ad Hoc de Senseurs Mobiles et Autonomes pour la Surveillance

Chef de projet: Claude Evéquoz, HEIG-Vd

Autres participants:

P. Albuquerque (EIG), R. Beuchat (EIG), C. Cortinovis (HE-ARC), T. El-Maliki (EIG), D. Gabioud (HEVS), B. Hochet (HEIG-Vd), S. Robert (HEIG-Vd), E. Taillard (HEIG-Vd), J.-F. Wagen (EIF), L. Zaffalon (EIG).

Contexte du projet

Dans des endroits sans infrastructures de communication ou dans des applications pour lesquelles l’utilisation de ces infrastructures ne serait pas rentable, des entités mobiles équipées de senseurs et d'un émetteur – récepteur radio peuvent communiquer en réalisant un réseau ad hoc. Dans ces réseaux, chaque nœud agit comme nœud terminal et éventuellement aussi comme passerelle afin de relayer des messages quand les destinataires ne sont pas à portée radio des émetteurs. Parmi les applications où interviennent de tels réseaux, citons les applications environnementales comme la prévention de catastrophes et la surveillance de forêts ou des applications médicales comme l’acquisition de signaux physiologiques captés sur différentes parties du corps de patients. Dans ces applications, les nœuds sont en général mobiles et doivent être alimentés par batterie. La problématique de l’autonomie énergétique est centrale et l’on peut certainement affirmer que beaucoup d’applications ne se réalisent pas aujourd’hui à cause d’une autonomie insuffisante. Minimiser la consommation d’énergie est une problématique complexe qui fait intervenir de nombreux facteurs (technologies des batteries, microélectronique, architecture des processeurs...). Dans le cadre de ce projet, la minimisation de la consommation d’énergie est abordée uniquement sous l’angle du logiciel. Lors d'implémentations et d'exploitations réelles, les réseaux ad hoc de surveillance font intervenir plusieurs problématiques dont les suivantes.

1. Localisation

Dans beaucoup d’applications de surveillance, il est nécessaire de connaître la position d’un nœud qui transmet une alarme. Le GPS est certes une solution possible mais il présente aussi des désavantages (consommation d’énergie, zones d’ombres). Un nombre restreint de nœuds, appelés stations de base, peuvent déterminer leur position par exemple à l’aide d’un GPS. Ils servent de relais vers un centre de contrôle. Les autres nœuds doivent le cas échéant déterminer leur position à partir de ces stations de base. Ceux-ci initient alors un processus de localisation. Dans ce projet, la localisation est réalisée sur la base de l’analyse des signaux radio échangés entre les nœuds (multilatération).

2. Routage

Dans une topologie changeante (nœuds mobiles, nœuds mis hors service, nouveaux nœuds mis en service), une route définie par une suite de nœuds agissant comme passerelle doit exister entre toute paire de nœuds. Deux contextes de surveillance nous intéressent dans le présent projet. Le premier fait intervenir un suivi continu où il est possible de mettre à jour les tables de routage de manière quasi continue. Le second type de surveillance fait intervenir des événements exceptionnels générés par un dépassement de seuil et ils sont rares. Cependant, les mesures susceptibles de provoquer l’alerte sont fréquentes (time-triggered), mais comme le seuil est rarement atteint, les communications demeurent limitées. En particulier, la préoccupation de la mise à jour de la topologie du réseau n’intervient que ponctuellement. Le protocole de routage relatif à ce type de surveillance devrait faire appel à des algorithmes de routage sur demande, c.-à-d. établir le routage uniquement si il est réclamé.

3. Auto-organisation et système d’information

Pour qu’ils puissent être déployés à large échelle, les réseaux ad hoc doivent pouvoir être mis en service et maintenus de manière simple (c’est-à-dire avec peu de ressources en personnel). De plus, les réseaux ad hoc ne constituent pas dans la majorité des cas des réseaux isolés, mais ils sont connectés à des systèmes d’information traditionnels basés sur le web. Cette connexion qui sert à la collection, au post-traitement, au stockage et à la diffusion des données ainsi qu’à la télégestion du réseau ad hoc, doit pouvoir être mise en place de manière

automatisée. Les questions de sécurité (authentification, association d’un capteur à un réseau, confidentialité, déni de service) et de qualité de service doivent également recevoir des réponses satisfaisantes avant des applications industrielles.

L’ensemble de ces fonctions doit également être disponible dans un contexte de capteurs hétérogènes, qui ne mesurent pas toutes les mêmes grandeurs physiques.

Dans le présent projet, nous souhaitons déployer deux démonstrateurs de réseaux ad hoc pour la surveillance :

1. Le premier concerne des personnes âgées ou alternativement de bétail en stabulation libre. À cette fin, les personnes ou les animaux sont équipés d’un senseur. L’événement rare à détecter peut être un malaise chez une personne ou la mort d’un animal.
2. Dans le deuxième démonstrateur, des capteurs sans fil sont placés sur le corps d’un patient et les données correspondantes sont finalement rapatriées sur un équipement informatique communiquant disponible sur le marché (PDA, téléphone mobile). Ce deuxième démonstrateur sera intégré dans le projet concomitant du Réseau de Compétences TIC IMINET qui a pour objectif de développer un environnement de gestion et de distribution de ces données médicales. Les réseaux de capteurs localisés sur le corps d’une personne sont appelés W-BANs (Wireless Body Area Networks). Le deuxième démonstrateur peut être vu comme un nœud du premier démonstrateur. Ces deux réseaux ont des problèmes communs, mais leurs solutions peuvent différer :

• la mobilité des nœuds et le problème de leur localisation,
• l’estimation de la distance relative entre les nœuds,
• l’établissement d’un chemin pour relayer des messages,
• la minimisation de la consommation d’énergie pour augmenter la durée de vie du réseau,
• le maintien du coût d’un nœud à un niveau permettant un déploiement massif.