1. Réalisé par :Assia . Merradi Encadré par :Mr. Rida ABDESSEMED
Master 2 Ingénierie des réseaux et communication (IRC)

2. Le plan du travail ……
2
 Introduction
 Généralité sur les RCSF
 La consommation d’énergie dans les RCSF
 Techniques de conservation d’énergie dans les RCSF
 Le routage dans les RCSF
 Le protocole AODV des réseaux ad hoc
 Les filtres de traitement d’images
 Analogie entre les RCSF & les TI
 Notre contribution
 Conclusion

3. 3
 Dans les réseaux de capteurs sans fil, la conservation d'énergie est un problème
important.
 Plusieurs travaux se concentrent à la conservation d’énergie dans la communication en
concevant des protocoles de routage spécialement pour ces réseaux.
Dans ce contexte nous présentant une nouvelle manière de routage étudié dans [YAS,
2010].qui fait un lien entre les WSN et les techniques de traitement d’images et qui a été
intégré dans le protocole AODV.
 le réseau de capteurs est considéré comme une image avec des régions noires,
blanches et grises.
 Après cette représentation et afin de prolonger la durée de vie du réseau et trouver le
meilleur routage, nous allons utiliser l’opérateur de Sobel pour détecter la variation
d’énergie dans ce réseau à l’aide du gradient d'énergie ce qui nous va permettre de
trouver les chemins de la source vers la destination passant par les régions claires de
l’image.
 Notre contribution consiste à mettre l’accent sur la longueur du chemin choisi en
suivant la direction du gradient, afin d’assurer un bon compromis entre un bon chemin
en terme d’énergie et un bon chemin en terme de nombre de sauts.

4. 4
 Le développement des Réseaux de Capteurs Sans Fils a été rendu possible grâce aux
avancées et à la convergence des :
• Systèmes Micro-Électroniques
•Systèmes Micro-Électromécaniques
•Technologies des réseaux sans fils
•Miniaturisation
 type spéciale de réseaux ad hoc qui se composent d’un grand nombre de nœuds
capteurs.
 ces capteurs communicants sont intégrés dans une zone d’intérêt dont le but est la
surveillance de zones.
 Réseaux combinant les systèmes distribués et les systèmes embarqués, à faible coût,
et interviennent dans beaucoup d’applications innovantes.

5.  Composant physique capable d’accomplir trois taches:
- Relevé du grandeur physique.
- Le traitement de cette information.
- La communication.
 Il possède deux zones:
zone de perception (SR),
zone de communication (CR).
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6. Unité d’acquisition
6
Système de localisation de l’environnement Système de mobilité
Unité de traitement Unité de communication
Capteur ADC
Mémoire
Mémoire
CPUCPU
Réception/
émettion

7. Internet
et satellite
Zone de captage
Nœud capteur
Gestionnaire de taches
7

8. Absence d’infrastructure ou
d’administration centralisée.
Nœuds responsable de la gestion et
maintenance du réseau.
 Absence d'infrastructure.
 Topologie dynamique.
 Bande passante limitée.
 Contraintes d'énergie.
 Sécurité limitée .
 Erreur de transmission.
 Interférences.
Dans le cas d’un RCSF mobile
Déplacement libre et aléatoire.
Changement imprévisible de la topologie.
Medium de communication partagé.
Bande passante réservé à un hôte soit
limitée.
Réseaux vulnérable (piratage, écoute non
limité…….).
Utilisation d’onde radio pour la
communication  fréquente erreurs de
transmission.
Utilisation simultané d’une même
fréquence.
Utilisation de fréquence proche.
Interférence provenant d’autre
machines non dédié à la
télécommunications
Sources d’énergies autonomes.
Épuisement  déconnexion.
8

9. M
Agriculture
Domaine militaires
 Le contrôle des forces, équipement et munition
 Reconnaissance et surveillance du champ de bataille
 Estimation des dégâts
9

10. Domaine médical
 Le Suivi et la surveillance des médecins et des patients au sein de l’hôpital
L’administration des médicaments
10

11. Applications dans l’environnement
Détection des incendies de forêts
les capteurs peuvent être déployés d’une façon aléatoire, et dense dans n’importe
quel type de forêt, ils peuvent facilement détecter et rapporter l’origine de
l’incendie à l’utilisateur avant qu’il se propage et devienne incontrôlable.
11

12.  La consommation d’énergie est l’une des plus importantes métriques de performances
dans les réseaux de capteurs, elle est directement liée à la durée de vie opérationnelle
du réseau.
 Cette consommation d’énergie peut s’avérer critique, vu que les nœuds ne sont
généralement pas connectés à une source d’énergie constante.
 L’énergie limitée des nœuds amène à choisir des protocoles et des opérations de
réseau peu consommatrices d’énergie. Cela concerne aussi bien les opérations des
couches physique, liaison de données et routage que les mécanismes de sécurité.
12

13. 1. Energie de capture
Les sources de consommation d'énergie des nœuds pour les opérations de capture sont :
l’échantillonnage, la conversion analogique-numérique, le traitement de signal et l’activation de la
sonde de capture. En général, l’énergie de capture représente un faible pourcentage de l’énergie
totale consommé par un nœud.
2. Energie de traitement
L’énergie de traitement se divise en deux parties : l’énergie de commutation et l’énergie de fuite.
L’énergie de commutation est déterminée par la tension d’alimentation et la capacité totale
commutée au niveau logiciel (en exécutant un logiciel). Par contre l’énergie de fuite correspond à
l’énergie consommée lorsque l’unité de calcul n’effectue aucun traitement. En général, l’énergie de
traitement est faible par rapport à celle nécessaire pour la communication.
3. Energie de communication
L’énergie de communication se décline en deux parties : l’énergie de réception et l’énergie de
l’émission. Cette énergie est déterminée par la quantité des données à communiquer et la distance
de transmission, ainsi que par les propriétés physiques du module radio. L’émission d’un signal est
caractérisée par sa puissance. Quand la puissance d’émission est élevée, le signal aura une grande
portée et l’énergie consommée sera plus élevée. Notons que l’énergie de communication représente
la portion la plus grande de l’énergie consommée par un nœud capteur.
13

14. Est-ce que je dois présenter ses phénomènes ou pas?????

15.  Protocole réactif à vecteur de distance dédié au réseaux ad hoc.
 Chaque en-tête de paquet contient une route, qui est représenté comme une
séquence complète de nœuds entre la source et la destination.
 Le Protocole se compose de deux phases
 La découverte de la route.
 La maintenance des routes.

16.  Un nœud diffuse une requête de route (RREQ), dans le cas où il aurait besoin de
connaître une route vers une certaine destination et qu’une telle route n’est pas disponible.
 après la diffusion du RREQ, la source attend le paquet réponse de route (RREP ).
 Si ce dernier n’est pas reçu durant une certaine période (appelée RREP_WAIT_TIME),
la source peut rediffuser une nouvelle requête RREQ.
 Quand un nœud de transit (intermédiaire) envoie le paquet de la requête à un voisin, il
sauvegarde aussi l’identificateur du nœud à partir duquel la première copie de la requête est
reçue.
 Cette information est utilisée pour construire le chemin inverse, qui sera traversé par le
paquet RREP de manière unicast.
 Puisque le paquet RREP va être envoyé à la source, les nœuds appartenant au chemin de
retour vont modifier leurs tables de routage suivant le chemin contenu dans le paquet de
réponse (temps d’expiration, numéro de séquence et prochain saut).

17. B
A
S E
F
H
J
D
C
G
I
K
Z
Y
Représente le nœud qui a reçu RREQ de s
M
N
L
B
S E
C
Represente la transmission de RREQ
Broadcast
A
F
H
G
• Nœud H reçoit le paquet RREQ de deux voisins:
risque de collision
H
J
G
I
K
•Nœud C reçoit RREQ de G et H, mais ne le transmet pas à nouveau, parce que
le nœud C a déjà transmis une fois RREQ.
D
I
M
• Nœuds J et K envoient tous les deux RREQ au nœud D
• Comme les nœuds J et K sont cachés les uns des autres, leurs
transmissions peuvent entrer en collision
[S,C,G,K]
J
• Le Nœud D ne transmet pas RREQ, parce que D est la cible de
la découverte de route
M L

18. B
A
S E
F
H
J
D
C
G
I
K
Z
Y
M
N
L
RREP [S,E,F,J,D]
Représente RREP (Request replay)
DATA [S,E,F,J,D]
la taille de l'entête des paquet grandit avec la longueur de la
route.

20. Hauteur
Largeur
j indice de
colonne
i indice de
lignes
0
Le pixel [i, j]
I [i, j] = N
Valeur niveau
de gris
Une image numérique I

21. 21
 Beaucoup de traitements d’images sont basés sur les produits de convolutions
 Un produit de convolution, est un opérateur mathématique qu’on utilise pour multiplier
des matrices entre elles.
 Dans le cas qui nous intéresse, nous mettons en jeu deux matrices très différentes:
1. La matrice image, très grande (par exemple 512 x 512)
2. Une matrice plus petite qu’on appelle le noyau parce que c’est le "cœur" de tous
les changements qui vont affecter l’image.
 Le noyau va donc agir sur chacun des pixels, c’est à dire sur chacun des éléments de la
matrice "image"

22. a1 a2 a3
a4 a5 a6
a7 a8 a9
k1 k2 k3
k4 k5 k6
k7 k8 9
a1 a2 a3
a4 g5 a6
a7 a8 a9
Masque de convolutionImage originale
Image convoluée
g5 = (a1*k1) + (a2*k2) + …. +(a9*k9)

23.  Ce filtre représente la forme et la taille du voisinage et il facilite le calcul de la
moyenne en remplaçant chaque pixel par la valeur moyenne des pixels adjacents
et le pixel central.
 Le filtre moyen est le type le plus simple de filtre passe-bas car dans ce filtre
tous les coefficients ont des valeurs identiques. Ses caractéristiques sont définies
par la largeur, la hauteur et la forme du noyau.
 Le lissage peut être réglé en changeant la forme du filtre. Lorsque la taille du
noyau augmente, le lissage augmente. Le choix de la taille du noyau et la forme
est un compromis entre la réduction de bruit et le faible effet flou.
 Dans le cas de l’exemple, le nœud central contribue pour la moitié du poids
par rapport aux régions voisines.

25. avec
25
 Le gradient est un vecteur indiquant la façon dont une grandeur
physique varie dans l'espace.
 Dans une image, il est représenté par le vecteur
Où I(x, y) est la fonction d'intensité.

26.  Le filtre de Sobel est un opérateur utilisé en traitement d'image pour calculer le gradient
et détecter les contours à partir de l'intensité des pixels dans l’image.
 Par la direction du gradient, on peut connaître la répartition de la densité et la luminosité
des pixels.
 Par conséquent, on arrive à détecter les zones sombres et les zones claires dans cette
image.
 L'opérateur de Sobel est basé sur le produit de convolution. Il aide, par l’idée de gradient,
à trouver les variations à haute luminosité dans l'image en employant une fonction de deux
variables pour l'axe horizontal (X) et l'axe vertical
Les deux noyaux utilisés en Sobel :
 Chacun des noyaux est en fait un filtre gradient.

27. Si nous appliquons ces deux noyaux sur notre image, nous obtenons les
résultats montrés dans la figure :

28.  Nous représentons la capacité des capteurs du réseau par une
image.
 Le pixel avec des coordonnées (X,Y) représente le capteur situé à
(X, Y) avec une valeur de sa capacité énergétique Cx,y.
 On lie cette capacité à sa luminosité 0 ≤ Cx,y ≤ 255.
 Tous les capteurs avec une batterie pleine sont représentés par un
pixel blanc
 Tous les capteurs avec une batterie vide seront représentés par des
pixels noirs.
 De cette façon, on peut regarder le réseau de capteurs comme une
image avec des régions noires, blanches et grises.

29. Le réseau en niveau de gris
Batterie
épuisée
Batterie
moyenne
Batterie
pleine

30. Nous avons couper le voisinage d’un nœud capteur dans un rayon R en huit secteurs
d’énergie afin de comparer l'énergie de ce nœud par rapport à ses voisins, comme le
montre la figure suivante :
 Chacun de ces huit secteurs aura une énergie moyenne qui sera utilisée pour créer la
matrice énergétique M.

31.  M est une matrice 3 × 3 qui représente les valeurs énergétiques des nœuds autour d’un
nœud central :
Où
• Cx,y est la capacité énergétique du nœud ayant les coordonnées (x,y) et
• Si est la valeur de l’énergie du secteur si.

32.  le produit de convolution est obtenu par la multiplication de deux matrices comportant :
1- la matrice Mx, y, qui représente les valeurs de l'énergie des secteurs autour d'un
nœud central (matrice énergétique).
2- la matrice appelée le noyau ou le filtre, noté K. Ce noyau s’applique
successivement à chaque pixel que nous appelons le «pixel initial». Il multiplie la
valeur de ce pixel et les valeurs des huit secteurs qui l'entourent par la valeur
correspondante du noyau. Puis il ajoute les résultats et le pixel initial est fixé à cette
valeur finale.
 Le produit de convolution de deux matrices K et M d’une taille de (n+1) (p+1) est
défini par la formule :

33.  Pour obtenir les paramètres du routage basé sur l’énergie dans un réseau
de capteurs sans fil, nous avons utilisé le filtre de convolution donné par le
noyau suivant:
 En utilisant ce filtre, le produit de convolution K * M nous donnera la
moyenne de l'énergie autour du nœud central.
 Il remplace chaque pixel par la valeur moyenne des pixels adjacents et du pixel
central.
 le nœud central contribue pour la moitié du poids par rapport aux régions
voisines. Par conséquent, un nœud d'une grande capacité énergétique sera choisi
pour transmettre les paquets.

34.  En remplaçant une image par un RCSF, nous allons utiliser l’opérateur de
Sobel pour détecter la variation d’énergie dans ce réseau à l’aide du gradient
d'énergie.
 Afin de calculer le gradient d’énergie, nous utilisons la définition suivante :
Définition : gradient d’énergie
•Soit E l'image en niveaux de gris qui représente la capacité énergétique d'un réseau.
•Soit Mi,j les sous-matrices 3 × 3 de E centré sur Ei,j.
alors le gradient d’énergie Gi,j = (Gx,Gy) dans le capteur i, j est donné par le produit de
convolution suivant :

35.  Dans l'algorithme de Sobel Gi,j représente le gradient de l'intensité de gris au pixel (i, j).
 Cette intensité est liée à la capacité de la batterie du capteur (i, j) par définition.
 La norme du gradient est donnée par:
Et la direction du gradient est donnée par :
Les produits de la multiplication de matrice Mi par les matrices Kx, Ky sur les deux axes x et y sont:
•sur l’axe x : Gx = Mi * Kx
= S7+2S8+S1-S3-2S4-S5

37. Ici j’explique ces deux principes

38. Le protocole de routage proposé
Algorithme de Moyenne Algorithme de Sobel
L’algorithme hybride
Je cite ses avantages Je cite ses avantages

41.  Dans le but de prolonger la durée de vie d’un réseaux de capteurs, nous allons
proposer une technique dont l’objectif est d’améliorer le processus de routage, tout en
équilibrant la consommation d’énergie des nœuds et assurant une bonne couverture
avec le moindre d’épuisement.
41
XI) Perspectives de recherche et Challenges dans les WSNs:
Le nombre important d’applications et des communications laisse dire que ce domaine de
recherche est résolu d’avance, la réalité est autre; en fait, les problèmes et les contraintes
lies a ce domaines sont loin d’être résolus. Il n’y a aucun standard qui régie les WSNs,
les problèmes de communications, de traitement des données et de la gestion du capteur
lui même, sont partiellement identifies est les solutions apportées sont souvent
spécifiques a un cas précis. L’essentiel des challenges techniques lances par la
communauté des chercheurs se résume aux problèmes de: la découverte du réseau, le
routage et le contrôle du réseau, le traitement collaboratif des informations et la collecte
et la dissémination des données

42. 42