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MEMOIRE DE FIN DETUDES ESIEA

Mise en oeuvre dun rseau de capteurs sans fil et dveloppement dapplications Wireless Sensor Networks deploiement and applications developpement

Universit dEvry Val DEssonne Laboratoire des Rseaux et Systmes Multimdia Prsident de jury : Matre de stage : Nazim Agoulmine Tuteur pdagogique : Luc Epaulard Grgory FayeRapport de stage 2008 ESIEA Grgory FAYE 1

RsumMon stage de fin dtude sest droul au LRMS (Laboratoire des Rseaux et Systmes Multimdia), un laboratoire de recherche de luniversit dEvry Val DEssonne. Il se spcialise principalement dans les rseaux sans fil en tudiant par exemple les rseaux 4G, la continuit des rseaux ou les rseaux spontans. Le travail que lon mavait confi tait de mettre en place un rseau de capteurs sans fil utilisant une technologie de transmission de type Ad Hoc et de crer des nouveaux services. Les capteurs sont composs : dun terminal sans fil capable de recevoir et de transmettre une information via un protocole de routage Ad Hoc au sein du rseau. dune carte de senseurs qui relve des grandeurs physiques. Jai pu travailler sur des cartes qui prlvent par exemple la temprature ou la luminosit Les capteurs ainsi dissmins dans un environnement sont relis un ordinateur par une passerelle qui relie lutilisateur au rseau de capteurs. Jai commenc mon travail par rechercher les meilleurs logiciels et plates formes de dveloppement pour simuler mon rseau de capteurs, puis pour pouvoir programmer et contrler les capteurs dans un environnement rel. Jai ainsi pu dcouvrir le systme dexploitation TinyOS spcialement conu pour les rseaux de capteurs. TinyOS a t crit en NesC, un langage bas sur les composants qui est aussi utilis pour programmer les capteurs. Sa petite taille en fait un exemple de rapidit et dconomie dnergie. Ma plate forme de travail tait alors compose de quelques capteurs pouvant relever la temprature et la luminosit, relis entre eux par une liaison sans fil de norme Zygbee. Les informations collects taient traduites sur lordinateur par des interfaces graphiques qui nous donnaient en temps rel ltat du capteur et ses donnes. Ce stage avait pour vocation de mieux connatre les rseaux de capteurs et faire fonctionner des nouvelles applications pour que le LRSM dveloppe une plate forme de service OSGi (Open Services Gateway initiative). Celle-ci devra contrler un rseau de capteurs par Internet et proposer des solutions pour administrer entirement toutes les fonctions des capteurs. La demande en rseau de capteurs va devenir trs forte dans les prochaines annes, tellement les applications sont diverses et utiles. La domotique est le secteur principal, avec des capteurs sensibles la luminosit, la temprature ou les mouvements, il sera possible de contrler parfaitement sa maison simplement partir dun terminal (tlphone, tlcommande, ordinateur). Jai pu dcouvrir pendant mon stage la recherche en rencontrant beaucoup de doctorants en tlcommunication sans fil et des enseignants chercheurs. La recherche est devenue internationale et le laboratoire nhsite pas organiser des meetings et confrences avec des universits trangres. Jai pu particip des changes dides et tablir une correspondance avec des chercheurs Canadien qui ont travaill sur les rseaux de capteurs. Ce stage ma vraiment passionn par la puissance de ces petits capteurs, capable de grer un rseau complexe de faon autonome, et par les normes possibilits dapplications qui peuvent changer compltement notre mode de vie.

Rapport de stage 2008 ESIEA Grgory FAYE

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ResumeMy training course took place in the. LRSM (Laboratoire des Rseaux et Systmes Multimdia) at the university of Evry Val DEssonne. The laboratory is specialised in 4G network, services continuity and spontaneous network. The work which I had entrusted was to set up a wireless sensor network using an Ad Hoc transmission technology and to create new services. The motes are composed by a wireless terminal which can receive and transmit information using Ad Hoc routing protocol within the network. A sensor card which checks physical events. I worked on cards which check for example temperature or luminosity. The sensors are spreaded in an physical area and are connected with a computer by a gateway which connects the user with the sensor network. I began my work by looking for the best software and development tools to simulate my sensor network, then to be able to program and control the sensors. So I discovered the operating system TinyOS specially conceived for sensor networks. TinyOS was written in NesC, a components based language which is also used to program the sensors. Its small size made an example of speed and energy saving. My work space was composed of sensors which can check the temperature and the luminosity, interconnected by a Zygbee wireless connection. Information collected was translated on the computer by graphic interfaces which gave us the state of the sensor and its data in real time. This training course had for vocation to know better sensor networks and create new applications, so that the LRSM could develop a service platform OSGi (Open Services Gateway initiative). This one will have to control a sensor network by Internet and propose solutions to administer all the functions of the sensors. The demand in sensor networks will highly increase in the next years, so that the applications are diverse and useful. The home automation is the main sector, with sensors sensitive to luminosity, temperature or movements, it will be possible to perfectly control its house with just a terminal (telephone, remote control, computer ...). I discovered during my training course the research by meeting many PhD students in wireless telecommunication and teachers researchers. The research became international and the laboratory does not hesitate to organize meetings and conferences with foreign universities. I was able to participated in ideas exchanges and to establish a correspondence with Canadian researchers who worked on sensor networks. This training course really fascinated me by the power of these small sensors, capable of selfmanaging a network, and by the enormous possibilities of applications which can change completely our way of life.

Rapport de stage 2008 ESIEA Grgory FAYE

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RemerciementsJe remercie lUniversit dEvry Val dEssonne et plus particulirement les enseignantschercheurs Mr Nazim Agoulmine et Mr Yacine Ghamri pour leur soutien et leur confiance au projet. Je remercie lESIEA pour sa formation au mtier dingnieur ainsi que mon parrain de stage Mr Luc Epaulard pour ses prcieux conseils et sa disponibilit. Enfin je remercie tout le LRSM et les doctorants pour leur accueil et leur gentillesse et je salue les chercheurs que jai rencontrs au cours de mon stage.

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Rsum Resume 1. Introduction .......................................................................................................................... 6 1.1. LRSM : Laboratoire des Rseaux et Systmes Multimdia........................................... 6 1.2. Prsentation du projet de stage....................................................................................... 9 2. Etat de lart ......................................................................................................................... 11 2.1. Les rseaux de capteurs................................................................................................ 11 2.1.1. Senseurs................................................................................................................ 11 2.1.2. Rseau Ad Hoc..................................................................................................... 12 2.1.3. La norme Zigbee .................................................................................................. 14 2.1.4. Passerelle .............................................................................................................. 15 2.2. OSGi : Open Source Gateway initiative ...................................................................... 17 2.2.1. Prsentation .......................................................................................................... 17 2.2.2. Intgration au projet ............................................................................................. 20 2.3. Les diffrentes applications.......................................................................................... 21 2.4. Etat actuel de la commercialisation.............................................................................. 25 3. Etudes techniques ............................................................................................................... 27 3.1. Architecture des capteurs ............................................................................................. 28 3.2. Simulation dun rseau de capteurs.............................................................................. 31 3.3. Mise en uvre des logiciels de base ............................................................................ 33 3.3.1. Systme dexploitation TinyOS des capteurs....................................................... 33 3.3.2. Autres ................................................................................................................... 34 3.4. Logiciel de commande ................................................................................................. 38 3.4.1. Commande ........................................................................................................... 38 3.4.2. Langage de programmation NesC........................................................................ 42 3.4.3. Excution dun programme dapplication en plate-forme ................................... 44 4. Dimensions humaines et managriales ..........................................................................