ck simulrescap

7/31/2019 CK SimulResCap

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Simulation des rseaux de ca teurs sans filde grande taille

Cheick-Tidjane KONE

Co-encadrant : Michael DAVID

Journe thmatique RGE

Jeudi 3 juin 2010


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Quest-ce quun rseau de capteurs sans fils ?

Capteur MICA, Berkeley

5 cm, 70 g, 10 $

Station de baseassere e ou pu s

Internet

Utilisateur

nom ne tect

NudsCapteurs

Champ de capteur

Domaines dapplication : surveillance, suivi dobjets, mdical, intelligence ambiante,

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Objectifs

Voisinage radio

Structureorganisante

Rseau Ad hoc Topologie en grappes Topologie maille Topologie en arbre

Auto-organisation : partir dinteractions locales, faire merger un comportement

global (structurant) qui se maintient sur une certaine dure

9 Organiser le rseau pour amliorer la couche rseau (routage des paquets)

9 Evaluer les performances : montrer lapport sur les critres de type dlai,

nergie consomme, facteur dchelle, robustesse la perte de nud

9 En dduire lefficacit de lauto-organisation propose : gains, cots, limites

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Problmatique gnrale du RCSF

Contraintes matrielles & applicatives

Proprits:

Robustesse

Dploiement du nud (alatoire ou prdtermin)

Modle de livraison de donnes (priodique,vnementiel, interro ation, h bride

Passage lchelle

Persistance temporelle

Flexibilit, etc.

Capacit limite des nuds

Facteur dchelle, rseau de grande taille (~ million

de nuds ) Concepts : Auto-*

Critres de QdS (classiques + dure de vie durseau)

couver e

Configuration

Organisation, adaptabilit

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Positionnement

Protocoles dauto-organisation existants limits:

9RCSF de petite ou moyenne tailles (gnralement


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Systme tudi

Etude sur un RCSF de grande taille (voire des

centaines de milliers de nuds)

Scnario : surveillance dune zone aprs accident

(type explosion usine, 1 km x 1 km)

Rseau htrogne 2 niveaux (amliorer QdS)

9 Niveau 1 constitu de nuds capteurs

Algorithme dauto-organisation multi-puits et

-

Nud capteurNud puits

Liaisons 802.15.4 dans lerseau de capteurs

Liaison Wi-Fi dans lerseau de puits

Cx

Canal radio allou aucluster

9 Rseau de niveau 1 partitionn en plusieurs

sous-rseaux quilibrs (en nombre de

Fig. Topologie propose dans un RCSFexploitant plusieurs puits et canaux.

sau s avec pu s par sous-r seau

9 Allocation distribue dun canal par sous-

rseau avec rutilisation des frquences

Proposition dune nouvelle couche rseau

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Outils et matriels utiliss

Outils : OPNET Modeler (Optimum Network Performance)

9 Simulateur vnements discrets squentiel et parallle

- -

9 GUI, utilisation relativement aise, analyse et dbogage

intgrs et graphiques, totalement ouvert

de radiocommunication

9 Bibliothque de modles standards (normes, recom-

, ,

Systems, 3Com, Lucent), de protocoles, de liens (SONET,PPP, FDDI, wireless), quipements rseaux (routeur,

stations de travails, switch...) et des scnarios de

mons ra on e ren s r seaux e s an ar ,

ATM, Frame relay, )

9Trois niveaux hirarchiques imbriques : niveau rseau,

,

FSM (Finite State Machine), le comportement des tats est

cod en langage C

9 Plus de statisti ues lusieurs niveaux

9Module SiTl (System in loop) : qui permet d'interfacer desrseaux rels et des rseaux simuls sous OpNet pour faire

du Harware)7


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Proposition modlise sous OPNET Modeler

niveau quipements

v u ux

niveau processus8


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Outils et matriels utiliss

Matriels : DELL Precision Workstation T5500

9 2 Intel Xeon CPU E5520 (2,26 GHz, 8MB L3, 5.86GT/s, 80W, QC)

9 8 curs

9 48 GB DDR3 1066MHz

9 256 MB Nvidia Quadro NVS 295

9 RAID 1 pour 2 disuqes de 1TB (7200RPM) SATA 3.0Gb/s

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Problmes spcifiques de cette simulation

Problmes (matriels, simulateur) cause de la taille du systme tudi :

par exemple RCSF (10000 nuds, temps de simulation de 2 heures),

9 nombre dvnements par seconde dure dune simulation : plus

dune demi-journe pour une simulation dun scnario de 10000 nuds9

simulations

9 Cest un simulateur assez lourd mais fournit plus de statistiques

9 Mmoire vive : environ 15 GB pour ce mme scnario

9 Stockage de donnes

9 Violation de mmoire cause du systme de pointeurs incohrents

(langage C)

9 Dfinition de priorit des flux (entrants et sortants) et des processusconcourants entre les modules ou couches dun nud pertes de

paquets

9

facile

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Simulation

OPNET Modeler 15.0.A PL1

9 alatoirement distribus sur 1000m x 1000m

9 radio raliste : couche physique 802.15.4-2003 2,4Ghz avec un dbit de

250kbit/s et une porte radio de 50m

9 Modle de consommation nergtique : MICAz

Rseau de niveau 2 : 9 puits et 1 utilisateur final

9 arbitrairement distribus sur 1000m x 1000m

9 im lmente la ile rotocolaire 802.11 -2003 : dbit de 1Mbit/s en mode

DCF, porte radio de 500m, protocole de routage MANET

Mesures : trafic de contrle reu, nergie consomme, temps daccs au

mdium, dlai de bout en bout, taux de livraison

Paramtres : Densit de nuds, nuds sources11


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Simulation

Paramtres de Simulation :

9 Taille maximale du cluster en nombre de sauts : 5

9Messages Hellos priodiques dans un intervalle [fHELLO-5, fHELLO+5]s avec fHELLO=60s

9 Flux applicatif: distribution exponentielle de moyenne 300s avec une charge constante de 5

octets

9 Temporisateur pour passer dun tat un autre : 5s

emps e s mu a on : s

9 Dure de vie dun nud dans une table de voisinage : 180s

r ca on e a a e e vo s nage ou es es s

9 Intervalle de confiance : 95%

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Rsultats

ThroughputEcart : ~18%

- ,

a ~12% de moins de voisinsquun nud dans le mono-canal

Energiecar : ~

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Rsultats

Latence

Dlai

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Conclusion et perspectives

Conclusion

9 Algorithme de clustering avec canaux et puits multiples appropri aux

grand rseaux

9 Evaluer son impact sur la capacit du rseau

erspec ve : u e or que

9 Limites de fonctionnement de tels grands rseaux (plus de 100000

nuds)

9 Optimisation de la scalabilit

9 Dploiement (nombre et/ou placement) des puits avec des

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