Modélisation, simulation et implémentation d'un protocole de communication adaptatif dans un réseau de capteurs sans fil basé sur IEEE 802.15.4 et adapté à la surveillance de personnes à domicile

Monitoring behavior of the elderly and the disabled living alone has become a major public health problem in our modern societies. Among the various scientific aspects involved in the home monitoring field, we are interested in the study and the proposal of a solution allowing distributed sensor nodes to communicate with each other in an optimal way adapted to the specific application constraints. More precisely, we want to build a wireless network which consists of several short range sensor nodes exchanging data between them according to a communication protocol at MAC (medium access control) level that optimizes energy consumption, transmission time and loss of information. To achieve this objective, we have analyzed the advantages and the limitations of WPAN (wireless personal area network) technology and communication protocols currently used in relation to the requirements of our application. We then proposed a deterministic, adaptive and energy saving medium access method based on the IEEE 802.15.4 physical layer and a mesh topology. It ensures the message delivery time with strongly limited collision risk due to the spatial reuse of medium in the two-hop neighborhood. This proposal was characterized by modeling and simulation using the OPNET network simulator. We then implemented the proposed mechanisms on hardware devices and deployed a sensors network in real situation to verify the accuracy of the model and evaluate the proposal according to different test configurations.Le maintien à domicile des personnes fragiles vivant seules est devenu une préoccupation majeure de santé publique dans nos sociétés modernes. Parmi les différents aspects scientifiques traités dans le domaine de la surveillance à domicile, nous nous intéressons à l'étude et à la proposition d'une solution permettant à des capteurs répartis de communiquer entre eux de façon optimale et adaptée aux contraintes spécifiques de l'application. Plus précisément, nous souhaitons construire un réseau sans fil courte portée constitué de plusieurs noeuds capteurs échangeant entre eux des données selon un protocole de communication de niveau MAC (contrôle d'accès au médium) qui optimise à la fois l'énergie, le délai de transmission et la perte d'informations. Pour cela, nous avons finement analysé les avantages et les limites des technologies WPAN (réseau local personnel sans fil) et des protocoles de communication actuellement utilisés en rapport aux exigences de notre application. Nous avons ensuite proposé une méthode d'accès au médium déterministe, adaptative et économe en énergie basée sur la couche physique IEEE 802.15.4 et une topologie maillée. Elle permet de garantir le délai d'acheminement des messages avec un risque de collisions très fortement limité, grâce à une réutilisation spatiale du médium dans un voisinage à deux sauts. Cette proposition a été caractérisée par modélisation et simulation à l'aide du simulateur de réseau OPNET. Nous avons alors implémenté les mécanismes proposés sur des dispositifs matériels et déployé un réseau de capteurs en situation réelle afin de vérifier la pertinence du modèle et évaluer la proposition selon différentes configurations de test