Chapitre 1 : Réseau de capteurs sans fil
Les réseaux de capteurs sans fil, également appelés WSN, sont des réseaux composés de capteurs à la fois dispersés géographiquement et dédiés. Ces capteurs surveillent et enregistrent les conditions environnementales, puis transmettent les données qu'ils ont recueillies à un point centralisé. Les WSN ont la capacité de surveiller des aspects de l'environnement, notamment la température, le son, les niveaux de pollution, l'humidité et le vent. Ces réseaux sont utilisés dans une variété d'applications commerciales et industrielles, telles que la surveillance et le contrôle des processus industriels et la surveillance de l'état des machines.
Un réseau de capteurs sans fil (WSN) est composé de « nouds », dont le nombre peut varier de quelques-uns à des centaines ou des milliers. Chaque noud du réseau est lié à d'autres capteurs. Chacun de ces nouds se compose généralement de plusieurs composants, notamment un émetteur-récepteur radio avec une antenne interne ou une connexion à une antenne externe, un microcontrôleur, un circuit électronique pour l'interface avec les capteurs et une source d'énergie, qui est généralement une batterie ou une forme de récupération d'énergie intégrée dans le noud. Un noud de capteur peut être aussi grand qu'une boîte à chaussures ou aussi petit qu'une particule de poussière (du moins en théorie), mais les dimensions microscopiques n'ont pas encore été atteintes dans la pratique. De même, le coût d'un noud de capteur peut varier de quelques dollars à des centaines de dollars, selon le niveau de complexité du noud. La disponibilité de ressources telles que l'énergie, la mémoire, la vitesse de traitement et la bande passante des communications peut être limitée en raison de la taille et des limites de coût. La topologie d'un WSN peut aller d'un simple réseau en étoile à un réseau maillé sans fil complexe à plusieurs sauts. Ces deux topologies sont des exemples de WSN. Le routage et l'inondation sont des options viables pour la propagation.
Les WSN sont souvent utilisés à des fins de surveillance de zone. Dans le processus de surveillance de zone, un WSN est stationné dans toute une zone qui est observée pour un certain phénomène. Un exemple de géorepérage dans la vie civile est l'enfermement d'oléoducs ou de gazoducs, tandis qu'un exemple de son utilisation dans l'armée serait l'installation de capteurs pour détecter la présence de forces hostiles.
Les réseaux de capteurs implantés, portables et intégrés à l'environnement sont les trois principales catégories de réseaux de capteurs utilisés dans les applications médicales. Le terme « dispositifs médicaux implantables » fait référence à ceux qui sont conçus pour être placés à l'intérieur d'un patient vivant. La technologie portable est tout type d'équipement électronique destiné à être porté ou transporté par l'utilisateur de l'appareil. Les capteurs déjà présents dans l'environnement sont utilisés par les systèmes intégrés à l'environnement. La mesure de la position du corps, la localisation des individus et le suivi complet des patients malades à domicile et dans les hôpitaux sont autant d'utilisations potentielles de cette technologie. Les données collectées par un réseau de caméras de profondeur, un étage de détection ou d'autres appareils fonctionnellement équivalents sont utilisées comme entrée par des appareils implantés dans l'environnement. Ces appareils surveillent l'état physiologique d'une personne afin de fournir un diagnostic de santé continu. Des informations sur la santé d'une personne, sa forme physique et la quantité d'énergie dépensée peuvent être recueillies via des réseaux corporels.
À partir du déploiement de l'île Great Duck, les réseaux de capteurs sans fil ont été utilisés pour surveiller une grande variété d'animaux et d'écosystèmes. Ces espèces et habitats comprennent les marmottes, les crapauds géants en Australie et les zèbres au Kenya.
Il existe plusieurs applications dans le domaine de la surveillance des paramètres environnementaux ; Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de ces applications. Ils sont tous confrontés aux difficultés supplémentaires d'un environnement sévère et d'une alimentation électrique limitée.
Des expériences ont démontré que l'exposition d'un individu à la pollution de l'air en milieu urbain peut varier considérablement d'une personne à l'autre.
Il est possible d'identifier le début d'un incendie dans une forêt en installant un réseau de nouds de capteurs à travers la zone. Les nouds ont la capacité d'être équipés de capteurs pour mesurer la température, l'humidité et les gaz créés par les incendies dans les arbres ou les plantes. La détection précoce est essentielle pour une intervention efficace du service d'incendie. Grâce à l'utilisation de réseaux de capteurs sans fil, le service d'incendie sera en mesure de déterminer quand un incendie a été déclenché et comment il se propage.
Un réseau de capteurs sans fil est utilisé par un système de détection de glissement de terrain afin de détecter les mouvements mineurs du sol et les modifications de différents paramètres qui peuvent se produire avant ou pendant un glissement de terrain. Ces mouvements et modifications peuvent survenir à tout moment. Il est probable qu'en analysant les données recueillies, il soit possible de prédire le début des glissements de terrain bien à l'avance par rapport au moment où ils se produiront réellement.
La surveillance de la qualité de l'eau comprend l'analyse des caractéristiques physiques de l'eau présente dans les réserves d'eau souterraines, les barrages, les rivières, les lacs et les océans. L'utilisation d'un grand nombre de capteurs distribués sans fil permet de générer une carte de l'état de l'eau plus précise. Il ouvre également la voie à l'installation permanente de stations de surveillance dans des zones difficiles d'accès, éliminant ainsi la nécessité d'une récupération manuelle des données.
Les réseaux de capteurs sans fil ont le potentiel d'être un outil efficace pour atténuer les effets destructeurs des catastrophes naturelles telles que les inondations. Les rivières, qui nécessitent une surveillance en temps réel des fluctuations des niveaux d'eau, ont été équipées de nouds sans fil, qui ont été mis en ouvre avec succès.
Aux fins de la maintenance basée sur l'état des machines (également connue sous le nom de CBM), des réseaux de capteurs sans fil ont été créés car ils permettent des fonctionnalités supplémentaires et permettent des réductions de coûts considérables.
Avec un système câblé, il peut être difficile, voire impossible, d'atteindre certaines zones, telles que les équipements tourbillonnants et les véhicules non attachés. Cependant, les capteurs sans fil n'ont pas cette limitation.
La collecte de données pour la surveillance de l'information environnementale peut également se faire par le déploiement de réseaux de capteurs sans fil. Garder un oil sur des éléments tels que la température d'un réfrigérateur ou la quantité d'eau dans un réservoir de trop-plein d'une centrale nucléaire pourrait être considéré comme un exemple de cela. Après cela, on peut utiliser les données statistiques pour démontrer le bon fonctionnement des systèmes. La capacité des WSN à fournir des flux de données « en direct » est l'une des nombreuses façons dont ils excellent au-dessus des enregistreurs traditionnels.
La surveillance de la qualité et du niveau de l'eau comprend de nombreuses activités telles que la vérification de la qualité des eaux souterraines ou de surface et la garantie de l'infrastructure hydraulique d'un pays au profit de l'homme et de l'animal.
Il est possible de l'utiliser pour éviter le gaspillage d'eau.
À l'aide de capteurs correctement interfacés et de réseaux de capteurs sans fil, il est possible de surveiller l'état des infrastructures civiles et les processus géophysiques associés en temps quasi réel, ainsi que sur de longues périodes grâce à l'enregistrement des données.
Des réseaux de capteurs sans fil sont utilisés dans le vignoble ainsi que dans la cave de la cave afin de suivre la production de vin.
Le système de suivi à large zone, parfois connu sous le nom de WATS, est un prototype de réseau conçu pour détecter les engins nucléaires au sol. À la Direction de la non-prolifération, du contrôle des armements et de la sécurité internationale (NAI) du Laboratoire national de Los Alamos (LLNL), l'un des principaux objectifs de la recherche en cours est la création de capteurs plus efficaces.
Au cours d'une audience sur le terrorisme nucléaire et les contre-mesures qui a eu lieu le 1er octobre 1997 devant le sous-comité de la recherche et du développement militaires de la Chambre des représentants des États-Unis, une présentation sur le WATS a été faite.
Des études suggèrent que l'utilisation de capteurs pour la surveillance des incidents améliore considérablement la façon dont les services d'incendie et les services de police réagissent aux événements imprévus.
Les caractéristiques les plus distinctives d'un WSN sont les suivantes :
Limites sur la quantité d'énergie pouvant être utilisée par les nouds qui dépendent de batteries ou de la récupération d'énergie. Parmi les fournisseurs figurent des noms tels que ReVibe Energy.
Capacité à faire face à la défaillance de nouds individuels (résilience)
Il y a un certain mouvement dans les nouds (pour les nouds très mobiles,...
