=Paper=
{{Paper
|id=None
|storemode=property
|title=Gestion d'un Parking par un Réseau de Capteurs Sans Fils
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-942/paper_6.pdf
|volume=Vol-942
}}
==Gestion d'un Parking par un Réseau de Capteurs Sans Fils==
https://ceur-ws.org/Vol-942/paper_6.pdf
Gestion d’un Parking par un Réseau de Capteurs Sans
Fils
MESSAI Mohamed Lamine
UAMB, Ecole Doctorale en informatique ReSyD Bejaia. UFAS, Département d'informatique Sétif, Algérie.
E-mail: messai.amine@gmail.
Résumé— Les Réseaux de Capteurs Sans Fils (RCSFs) ont Un nœud capteur est composé de quatre unités principales
attiré une croissante attention aux niveaux académiques et suivantes (présentées dans la figure 1) :
industriels ces dernières années. Les RCSFs peuvent être • Unité de capture ("Sensing unit") : est composée de deux
déployés dans divers types d’applications de surveillance sous-unités, un dispositif de capture physique qui prélève
d’environnement et de collecte d’information. Dans cet article,
nous présentons une architecture d’un réseau de capteurs sans
l’information de l’environnement local et un convertisseur
fils pour la gestion d’un parking. Dans un système de gestion de analogique/numérique appelé ADC ("Analog to Digital
parking un nombre de nœuds capteurs est déployé dans un Converter"). Le capteur est responsable de fournir des signaux
champ de stationnement, indiquant l'occupation des places de analogique/numérique. Ce dernier transforme ces signaux en
stationnements. Les informations sur l'état des places de un signal numérique compréhensible par l’unité de traitement.
stationnements sont envoyées à une station de base située à la
rentrer du parking pour guider les conducteurs. Les nœuds • Unité de traitement ("Processing unit") : Le composant
capteurs sont équipés d’une batterie (pile) fournissant l’énergie regroupe : un processeur et une unité de mémoire réduite. Elle
pour assurer leurs fonctionnements. Cette ressource d'énergie est
permet de stocker les données, exécute les tâches de perception
très importante pour les nœuds capteurs et influe directement sur
la durée de vie des nœuds capteurs et donc du RCSF entier. Nous qui lui sont assignées.
proposons un mode de communication hybride pour optimiser la
consommation d'énergie. Nous comparons la consommation • Unité de communication ("Transceiver unit") : cette unité
d’énergie dans l'architecture proposée de gestion de parking avec est responsable d’effectuer toutes les émissions et réception des
les trois modes de communication ; un seul saut, multi-sauts et données sur un médium sans fils.
hybride.
• Unité d’énergie ("Power unit") : un nœud capteur est
Mots clés— Conservation d'Energie, Réseaux de Capteurs
muni d’une ressource énergétique (une batterie). Étant donné
Sans Fils, Parking.
sa petite taille, cette ressource énergétique est limitée. Ceci fait
souvent de l’énergie la ressource la plus précieuse d’un réseau
I. INTRODUCTION de capteurs, car elle influe directement sur la durée de vie des
La convergence de la micro-électronique et des nœuds capteurs et donc sur le réseau entier.
technologies de communication sans fils a permis la création
d’une combinaison entre les systèmes embarqués et les
systèmes distribués ayant engendré les Réseaux de Capteurs
Sans Fils ou RCSFs (Wireless Sensor Networks). Les RCSFs
sont de plus en plus utilisés dans des applications de
surveillance de grands systèmes dans une variété de domaines
[5] : le militaire, l'environnement, la santé, l’habitat,
l’éthologie, etc. Leurs remarquable essor est dû à leur taille de
plus en plus réduite, leurs prix de plus en plus faible ainsi que Fig. 1. Les composants d’un nœud capteur.
leur support de communication sans fils attrayant peu
encombrant mais également peu de ressources. Les nœuds Chaque nœud capteur utilise une batterie de taille
capteurs apparaissent comme des systèmes autonomes minuscule comme ressource d'énergie, ce qui limite sa durée de
miniaturisés, mené d’une unité de traitement et de stockage de vie. La spécificité des applications des RCSFs (militaires,
données, d’une unité de transmission sans fils et d’une batterie. sismiques et autres) fait que la recharge ou le remplacement de
Organisés sous forme de réseau, les nœuds capteurs d’un ces batteries est une tâche difficile dans certaines applications
RCSF, malgré la limitation de leurs ressources de calcul, de voir presque impossible dans d'autres, ce qui nous mène à
stockage et surtout d’énergie, ont pour mission de récolter des déduire que la durée de vie d’un nœud est essentiellement
données et les faire parvenir à une station de base [1, 2]. dépendante de la durée de vie de la batterie. Ainsi, la méthode
de gestion de consommation d’énergie constitue une contrainte
majeure dans ce type de réseau.
La gestion d'un parking, ou d'un parc de stationnement est • Le système doit fournir des fonctions puissantes pour
une application qui peut intégrer un RCSF. Un parking est un faciliter aux administrateurs la gestion des voitures dans le
espace ou un bâtiment spécifiquement aménagé pour le parking.
stationnement des véhicules. On en trouve le plus souvent à La conception d'un parking basé sur un RCSF fournit une
côté des bâtiments public (gare, aéroport), des lieux de travail, grande précision et répond aux exigences citées ci-dessus.
des centres commerciaux ou devant les grandes surfaces pour L'utilisation des RCSFs pour la gestion des parkings offre une
accueillir les usagers. commodité pour les clients, une robustesse et une flexibilité
Dans ce papier, nous présentons une architecture de gestion dans la gestion. Notre motivation est donc de fournir une
d’un parking utilisant un RCSF pour le parking situé au centre gestion d'un parking via un RCSF.
ville de la Wilaya de Sétif. A Sétif, 81 835 automobiles [3], Dans [7], le système de gestion du parking est décomposé
dont 35 % est lié à la rechercher d’une place de stationnement. en deux sous systèmes. Un premier sous système de détection
Un conducteur sur trois serait donc à la recherche d’une place de véhicules (VDS) et un deuxième sous système de gestion de
de parking, d’où une telle solution proposée peut véhicules (VMS). Le VDS détecte l’état des emplacements
considérablement améliorer la circulation du trafic en offrant dans le parking et envoie les informations collectées au sous
avec précision le nombre de places libres dans le parking. Nous système VMS pour les fournir aux conducteurs.
évaluerons la consommation d'énergie où les nœuds capteurs Un autre système de gestion de parking intelligent est
envoient les informations directement à la station de base et proposé dans [8]. Les auteurs de [8] comparent l'utilisation de
dans le cas où les nœuds capteurs envoient les informations en différents types de capteurs (acoustique, capteurs de lumière et
mode multi-sauts. Nous proposons un mode hybride pour magnétiques) pour la gestion des parkings. Les informations
optimiser la consommation d’énergie. Le système consiste en des différents types de capteurs sont envoyées à un serveur
un réseau de capteurs sans fils capable d’indiquer si une place central dans un temps fini.
dans le parking est occupée ou non. Chaque capteur est collé Dans ce papier nous proposons une architecture de gestion
soit sur le sol, ou au plafond de chaque place du parking. Il de parking où nous évaluons la consommation d’énergie des
fonctionne grâce à une batterie dont la durée est limitée. nœuds capteurs déployés dans le parking ce qui est négligé
Le reste du papier est organisé comme suit : la section 2 dans les architectures de gestion des parkings proposées.
présente quelques travaux antérieurs, l’architecture du système
et le modèle de consommation d’énergie sont décrit dans la III. MODÈLES DE RÉSEAUX ET D’ÉNERGIE
section 3. La section 4 résume les résultats de simulation. Dans cette section nous présentons l’architecture du réseau
Finalement, la section 5 conclue le travail. ainsi que le modèle d’énergie utilisé.
La durée de vie d’un nœud capteur dépend fortement de la
II. TRAVAUX ANTÉRIEURS durée de vie de la batterie associée. Détecter l’occupation de la
Vue la prolifération des véhicules dans les routes, et à cause place de stationnement, élaborer un traitement de données
de l’inefficacité des différentes gestions des parkings ; il est local, et transmettre le résultat à la station de base située à la
important de proposer des parkings intelligents dans le but de rentrée du parking sont les principales tâches d’un nœud
faciliter aux conducteurs le stationnement de façon simple et capteur dans notre application. Les étapes de consommation
sécurisée. Les avantages d’utiliser un parking intelligent sont : d’énergie par ce nœud capteur peuvent être divisées en trois
la facilité de stationnement, l’organisation du mouvement dans phases : le captage, le traitement de donnée et la
les routes, la réduction de la pollution d’air,…etc. Peu sont les communication. Parmi ces trois phases, la phase de
travaux qui ont abordé la gestion d’un parking via un RCSF. communication de données est celle qui consomme la plus
Dans [6] les auteurs ont donné une étude sur les technologies grande quantité d’énergie, ceci, à cause de la multitude de
utilisées pour la gestion des parkings. composants électroniques intégrés au circuit responsable de
L'objectif commun pour tous les parcs de stationnement est cette opération. Cette phase implique les deux étapes
de faciliter aux conducteurs à trouver des emplacements libres d’émission et de réception de données. Nous appliquons le
et de les bien guider à l'intérieur du parking. Les informations modèle proposé dans [4] pour évaluer la consommation de
sur la disponibilité des places de stationnement doivent être l’énergie. Sachant que les réseaux de capteurs sont basés sur la
accessibles aux automobilistes afin de ne pas perdre du temps à communication un seul saut pour atteindre la station de base ou
chercher une place libre et ce qui contribue à la préservation de multi-sauts. Dans une communication multi-sauts chaque nœud
l'environnement. Un système de gestion d'un parking doit joue à la fois le rôle d’initiateur de données et de routeur
satisfaire les exigences suivantes : également. En multi-sauts, chaque nœud capteur envoie ses
• le système doit fournir toutes les informations et les informations au nœud voisin, ce dernier retransmit les
directives pour aider les conducteurs à trouver un informations à son nœud voisin jusqu'à ce que les informations
stationnement disponible. arrivent à la station de base.
• Le système doit assurer une gestion efficace des places de Les nœuds capteurs sont conçus pour fonctionner durant
stationnements (libres et occupées) pour maximiser le taux des mois voire des années. Ainsi, la capacité énergétique de ces
d'exploitation et la rentabilité. nœuds capteurs doit être utilisée efficacement afin de
maximiser la durée de vie du réseau. A noter qu’une fois qu’un
nœud capteur a épuisé son énergie, il est considéré comme
défaillant. Ainsi, il y a une forte probabilité de perdre la IV. SIMULATION
connectivité du réseau. Dans les RCSFs, l’énergie est une forte contrainte par
rapport aux réseaux traditionnels. Prolonger la durée de vie du
RCSF est lié à la minimisation de la consommation d'énergie
des nœuds capteurs. Nous utiliserons l’environnement Matlab
pour simuler le fonctionnement des nœuds capteurs du parking
et calculer la consommation d’énergie. Nous considérons un
mode d’accès au canal CSMA non persistant. La table 1
récapitule les paramètres de simulation.
TABLE 1. PARAMETRE DE SIMULATION.
Paramètre Valeur
Surface 500 m x 500 m
Taille d'un paquet 1000 bits
Distance d0 87 m
Nombre de nœuds capteurs 66
Eelec 50 nJ/bit
εfs 10 pJ/bit/m2
Fig. 2. Modèle de radio.
εamp 0,0013 pJ/bit/m4
La figure 2 schématise le modèle radio. Pour une
transmission d’un message de k-bits sur une distance d, le Nous proposons un mode hybride de communication entre
nœud capteur consomme ETx(k, d) donné par les formules 1 et les nœuds capteurs et la station de base composé entre les deux
2. Et pour Réception d’un message de k-bits, le nœud capteur modes un saut et mutli-sauts pour minimiser la consommation
consomme ERx(k) donné par la formule 3. d'énergie. Le mode hybride est défini comme suit : Si le nœud
capteur Si peut atteindre la station de base SB par une
ETx(k, d ) = k x Eelec + k x εfs x d2 d < d0 (1) communication directe, ce nœud utilise le mode un saut pour
envoyer ses informations sur l'état de l'emplacement de
stationnement. Sinon, le nœud capteur envoie ses informations
ETx(k, d ) = k x Eelec + k x εamp x d4 d >= d0 (2)
en milti-saut au nœud capteur le plus près à la station de base.
Pour chaque nœud capteur, nous cherchons le chemin le plus
ERx(k) = k x Eelec (3)
court menant à la station de base. Les nœuds capteurs
intermédiaire sont choisis tel que:
Où Eelec est la quantité d'énergie consommée pour un bit. εfs
est l'amplification du signal dans une distance inférieur à la ETx(k, d =distance entre Si et Sj) + ETx(k, d =distance entre Sj
distance seuil d0. Si la distance d'émission est supérieure à d0, et SB) < ETx(k, d =distance entre Si et SB)
l'amplification εamp est utilisée.
500
La figure 4 représente la consommation d’énergie de
transmission pour les modes de communication un saut, multi-
450
saut, et le mode hybride proposé pour chaque nœud capteur
400 pour atteindre la station de base. Le mode hybride proposé
350 consomme moins d'énergie que les deux autres modes par ce
300
que la distance dans le mode hybride est minimisé.
500 mètres
250 Noeud capteur 0.35
Mode hybride
Mode un saut
200
0.3 Mode multi-sauts
150
Energie consommé (en Joule)
0.25
100
50 0.2
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0.15
500 mètres
0.1
Fig. 3. Parking avec RCSF.
0.05
La figure 3 modélise le parking. La distance entre un nœud
capteur et un autre est de 15 mètres. Dans une surface de 500 0
0 10 20 30 40 50 60 70
mètres x 500 mètres, nous aurons besoin de 66 nœuds capteurs. Noeuds capteurs
Fig. 4. Consommation d'énergie avec le mode un saut, multi-sauts et hybride.
V. CONCLUSION [3] Références http://www.ons.dz/-Parc-Automobile-.html
Les capteurs sont devenus des éléments incontournables [4] Références W. B. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H.
Balakrishnan. "An application-specific protocol architecture for
dans tous les systèmes où les informations issues de
wireless microsensor networks", IEEE Transactions on Wireless
l’environnement extérieur sont nécessaires pour évaluer et agir. Communications, 1(4), pp. 660–667, October 2002.
Nous avons proposé une architecture d’un réseau de capteurs
[5] Références T. Arampatzis, J. Lygeros, S. Manesis, "A survey of
pour la gestion d’un parking. Nous avons également simulé la applications of wireless sensors and wireless sensor networks",
consommation d’énergie (une métrique très importante dans les in Proceedings of the 2005 IEEE International Symposium on
RCSFs) des nœuds capteurs dans cette architecture, nous avons Intelligent Control – Mediterranean Conference on Control and
proposé un mode de communication hybride afin d'optimiser la Automation, Washington, DC, USA, pp. 719–724, 2005.
consommation d'énergie des nœuds capteurs. Nous pensons [6] Références M. Y. I. Idris, Y. Y. Leng, E. M. Tamil, N. M. Noor,
que les RCSFs peuvent être une technologie très porteuse pour Z. Razak, "Car Park System: A Review of Smart Parking
être utiliser dans la gestion des parkings et dans d’autres System and its Technology". Information Technology Journal,
applications. Nous passerons à l’expérimentation de notre Vol. 8 (2), pp. 101-113, 2009.
proposition dans un avenir proche dans le cadre d’un projet [7] Références Seong-eun Yoo, Poh Kit Chong, Taehong Kim,
national de recherche. Jonggu Kang, Daeyoung Kim, Cahngsyb Shin, Kyungbok Sung,
Byungtae Jang,“PGS: Parking Guidance System based on
REFERENCES Wireless Sensor Networks”, IEEE 978-1-42441653-0/08, 2008.
[1] Références I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and [8] Références Rakesh Kumar, Naveen K Chilamkurti, Ben Soh, “A
E. l. Cayirci, "A survey on sensor networks". IEEE Comparative Study of Different Sensors for Smart Car Park
Communications Magazine, Vol. 40, No. 8, pp. 102-116, August Management”, International Conference on Intelligent Pervasive
2002. Computing, 2007”, IEEE 978-0-7695- 3006-0/07, 2007.
[2] Références Yick, J., Mukherjee, B., Ghosal, D. "Wireless Sensor
Network Survey". Comput. Network, Vol. 52, pp. 2292-2330,
2008.