1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des télécommunications. Elle concerne plus particulièrement un protocole d'accès à un canal ou médium de communication par un ou plusieurs nœuds d'un réseau de communications.

Dans un réseau de télécommunications dans lequel plusieurs nœuds partagent un même médium de communication, des émissions simultanées peuvent interférer, causant des collisions et des pertes de paquets. C'est notamment le cas dans les réseaux sans fil comme les réseaux maillés sans fil, les réseaux locaux WiFi ou les réseaux basses puissances (LLN pour « Lossy and Low power Network »).

De nombreux protocoles d'accès au médium (protocoles MAC pour « Media Access Control ») ont été conçus pour faire face à ce problème. En particulier, la famille de protocoles IEEE-802.1 1 concerne les réseaux locaux WiFi et famille de protocoles IEEE-802.15.4 concerne les réseaux personnels sans fil.

Le développement de réseaux de capteurs sans fil a introduit une nouvelle contrainte dans la conception d'un protocole MAC, à savoir l'efficacité en termes de consommation énergétique. Ainsi, des protocoles MAC dit « Ecoute à faible consommation d'énergie » (LPL pour « Low Power Listening ») ont été conçus. Dans ce type de protocole, les nœuds sont endormis pendant de longues périodes, et une paire de nœuds émetteur/récepteur peut être sélectionnée pour communiquer pendant une période d'éveil. On peut classer les mécanismes d'évitement des collisions proposés par ces protocoles dans deux catégories : Mécanismes déterministes et mécanismes probabilistes.

Les mécanismes déterministes se basent sur un planning préétabli dans lequel chaque canal logique est dédié à un nœud spécifique. Ces mécanismes s'adaptent mal à un trafic imprévisible ou nécessitant de revoir le planning fréquemment, car cela conduit à une dépense d'énergie importante. De plus, l'extensibilité n'est pas bien assurée car un nœud particulier ne peut utiliser que le canal qui lui est attribué.

Les mécanismes probabilistes sont principalement basés sur un mécanisme d'écoute de la porteuse (CSMA pour « Carrier Sens Multiple Access »). En particulier, plusieurs protocoles utilisent une connaissance partagée du temps par les nœuds pour déterminer, pendant une fenêtre de contention fixe, le nœud qui pourra émettre pendant la période d'éveil suivante.

L'invention concerne plus particulièrement les mécanismes probabilistes. 2. Art antérieur

Il est connu de la demande de brevet internationale WO 2012001266 un procédé de communication selon lequel un nœud qui souhaite émettre des données pendant la prochaine période de transmission, sélectionne un intervalle de temps j dans une fenêtre de contention précédant cette période de transmission, écoute les intervalles de temps précédant l'intervalle j sélectionné, compte le nombre d'émissions pendant ces intervalles. Lorsque le nombre d'émission est inférieur ou égal à un seuil prédéterminé, il émet pendant l'intervalle de temps j et détermine un des canaux de transmission de la période de transmissions en fonction du nombre d'émissions qu'il a compté. Lorsqu'au contraire, le nombre d'émissions qu'il a compté est supérieur au seuil prédéterminé, il reporte sa transmission de données à une prochaine période de transmission.

Ce procédé permet donc à chaque nœud de planifier localement ses transmissions dans le temps.

3. Inconvénients de l'art antérieur

Un tel procédé est bien adapté à un réseau de capteurs de petite taille, dans lequel chaque capteur est en situation d'écouter tous les autres capteurs.

En revanche, il ne s'applique pas à un réseau de nœuds capteurs qui ne sont pas à portée radio les uns des autres, notamment parce qu'ils sont placés dans des zones, où les signaux radio sont fortement affaiblis. Il s'agit par exemple de capteurs enfermés sous une chape de béton. Il peut s'agir également d'un réseau de grande taille dans lequel les capteurs sont trop éloignés les uns des autres.

Lorsque les nœuds capteurs ne sont pas à portée radio les uns des autres, il est connu de recourir à un réseau de capteurs présentant une architecture centralisée, par exemple avec une topologie en étoile, selon laquelle un nœud concentrateur pourvu de capacités énergétiques suffisantes et de moyens d'émission/réception adaptés est chargé de collecter les mesures remontées par la pluralité de capteurs. Un tel nœud concentrateur couvre alors une large zone géographique, par exemple à l'échelle d'une petite ville ou d'un quartier d'une grande ville.

Dans un tel réseau, du fait que les communications capteur-capteur ne sont pas assurées, le procédé de communication qui vient d'être décrit, ne peut donc pas être mis en œuvre de façon fiable. Par ailleurs, du fait que les capteurs transmettent tous leurs données vers un même nœud concentrateur, le risque de collisions est élevé.

Enfin, il existe des applications telles que par exemple, celles destinées à la gestion d'un parc de stationnement, qui nécessitent une signalisation en temps restreint des informations collectées (par exemple, une place de parking qui vient de se libérer). Il est donc souhaitable que les capteurs accèdent sans délai au canal de communication.

4. Objectifs de l'invention

Il existe donc un besoin d'un procédé de communication permettant à un nœud capteur d'un réseau présentant une architecture centralisée et comprenant un nœud concentrateur apte à communiquer avec une pluralité de nœuds capteurs, d'obtenir l'accès au médium de communication lorsqu'il souhaite transmettre des données au nœud concentrateur.

Un autre besoin est de proposer un procédé de communication qui permette de limiter le risque de collisions entre plusieurs transmissions concurrentes. Encore un autre besoin est de garantir pour un nœud l'accès au médium dans un délai compatible avec l'application visée.

5. Exposé de l'invention

L'invention vient améliorer la situation à l'aide d'un procédé de communication exécuté par un nœud capteur d'un réseau de télécommunications comprenant une pluralité de nœuds capteurs et un nœud concentrateur, ledit nœud capteur étant apte à transmettre des données au nœud concentrateur sur un médium de communication à diffusion qu'il partage avec la pluralité de nœuds capteurs.

Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes, destinées à être mises en œuvre lorsque le nœud capteur a des données à transmettre au nœud concentrateur :

- sélection d'un intervalle de temps j dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles de temps et précédant une période de transmission comprenant une pluralité d'intervalles de transmission ;

- diffusion d'un signal de requête dans l'intervalle de temps j sélectionné;

- réception d'un signal de réponse comprenant une information codée représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles de la fenêtre de contention marqués comme des intervalles pendant lesquels au moins un signal a été reçu par le nœud concentrateur; - détermination d'un rang de transmission, au moins en fonction d'un nombre d'intervalles marqués par le nœud concentrateur parmi les intervalles de temps précédant l'intervalle de temps j à partir de l'information codée reçue ;

- décision d'émettre les données dans la période de transmission, lorsque le rang de transmission déterminé est inférieur ou égal au nombre d'intervalles de ladite période.

Selon l'invention, un nœud capteur qui a des données à transmettre au nœud concentrateur du réseau sur un canal de communication partagé avec la pluralité de nœuds capteurs, participe à une compétition dans une fenêtre de contention précédant la prochaine période de transmission.. Il sélectionne un intervalle de temps j dans cette fenêtre et marque l'intervalle de temps qu'il a sélectionné en émettant un signal de requête dans cet intervalle de temps à destination du nœud concentrateur.

A l'issue de la fenêtre de contention, il reçoit, ainsi que tous les autres nœuds, en provenance du nœud concentrateur, un signal de réponse porteur d'une information codée représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles de temps de la fenêtre de contention pour lesquels le nœud concentrateur a reçu un signal de requête de transmission de la part d'un ou plusieurs nœuds capteurs.

A partir de cette information codée, le nœud capteur déduit son rang de transmission.

Lorsque ce rang est inférieur à au nombre d'intervalles de la période de transmission, il décide d'émettre dans la période de transmission, par exemple dans l'intervalle de transmission correspondant à ce rang.

Lorsque ce rang est supérieur ou égal au nombre d'intervalles, il décide de reporter sa transmission à une prochaine période de transmission.

Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de l'accès de nœuds capteurs à un canal de communication, dans une architecture centralisée, selon laquelle un nœud capteur en compétition, obtient d'un unique signal de réponse commun diffusé à tous les nœuds capteurs participant, le rang de transmission qui lui revient.

L'invention permet ainsi de résoudre le problème technique de l'absence de communication entre les différents nœuds capteurs, en conservant les avantages d'une compétition entre les nœuds qui souhaitent transmettre des données tout en minimisant le coût de la signalisation échangée entre le nœud concentrateur et la pluralité de nœuds capteurs. Selon un aspect de l'invention, l'étape de détermination comprend une sous-étape de décomposition de l'information codée reçue en K composantes d'un vecteur d'une base orthogonale M-aire, avec M entier supérieur ou égal à 2, de dimension K, avec K entier non nul, égale au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention et une sous-étape d'interprétation des K composantes obtenues, selon laquelle le k' ^eme intervalle est interprété comme marqué, lorsque la k' ^eme composante a une valeur supérieure à zéro.

Un avantage est que l'information codée est un simple nombre, décomposable de façon unique, à partir duquel le nœud capteur peut obtenir, le nombre et les rangs des intervalles de la fenêtre de contention qui ont été marqués par le nœud concentrateur. Le signal de réponse émis par le nœud concentrateur est ainsi très peu coûteux à transmettre.

Selon un aspect de l'invention, si M a une valeur égale à 2, l'intervalle est interprété comme marqué, lorsque la k' ^eme composante a une valeur égale à 1 .

Un avantage est que l'information codée est très simple à décomposer. Le nœud capteur détermine très facilement s'il peut transmettre dans la période de transmission à venir ou s'il doit reporter sa transmission à la période suivante.

Selon un aspect de l'invention, si M a une valeur strictement supérieure à deux, le signal de requête diffusé par le nœud capteur est porté par une m' ^eme forme d'onde parmi M formes d'ondes prédéterminées et en ce que le rang de transmission est en outre déterminé en fonction d'un nombre de formes d'ondes reçues sur un intervalle de temps donné.

Un avantage est que le nœud capteur obtient en plus une information sur le nombre de nœuds capteurs qui ont marqué le même intervalle que lui. Il peut notamment en déduire son rang réel et éviter les collisions susceptibles d'être occasionnées par l'utilisation du même intervalle de transmission par plusieurs nœud capteurs.

Avantageusement, le nœud capteur sélectionne de façon aléatoire la forme d'onde prédéterminée qui va porter son message de requête parmi une pluralité de M formes d'ondes prédéterminées.

Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape préalable de réception d'un signal d'annonce de fenêtre de contention en provenance du nœud concentrateur.

Un avantage d'une telle synchronisation à la volée est que les nœuds capteurs n'ont pas besoin de partager la connaissance du temps de façon préétablie.

L'invention concerne aussi un procédé de gestion de communication dans un réseau comprenant un nœud concentrateur et une pluralité de nœuds capteurs, la pluralité de nœuds capteurs étant apte à transmettre des données au nœud concentrateur sur un médium de communication à diffusion qu'ils partagent, ledit procédé étant exécuté par le nœud concentrateur.

Selon l'invention, le procédé de gestion comprend les étapes suivantes :

- écoute du médium de communication en vue de détecter au moins un signal reçu dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles;

- marquage des intervalles de temps de la fenêtre de contention dans lesquels au moins un signal reçu a été détecté ;

- à l'issue de la fenêtre de contention, codage d'une information représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles marqués ;

- Diffusion d'un signal de réponse comprenant ladite information codée.

Un tel procédé est avantageusement mis en œuvre par le nœud concentrateur, apte à écouter la pluralité de nœuds capteurs du réseau de communication. Selon un aspect de l'invention, l'information codée est obtenue par combinaison de composantes d'une base orthogonale M-aire de dimension K égale au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention, la k' ^eme composante étant mise à une valeur supérieure ou égale à 1 , lorsque le k' ^eme intervalle est marqué et à zéro sinon. Un avantage est que l'information codée est diffusée aux nœuds une fois par compétition et qu'elle permet aux nœuds de déterminer chacun leur rang de transmission.

Selon un aspect de l'invention, lorsque M a une valeur égale à 2, la k' ^eme composante est mise à la valeur à 1 , lorsque le k' ^eme intervalle est marqué et à zéro sinon.

L'avantage d'une base de décomposition orthogonale M-aire est qu'elle permet de coder dans un simple nombre toutes les informations nécessaires à chaque nœud capteur pour déterminer son rang de transmission. Selon un autre aspect de l'invention, lorsque M a une valeur strictement supérieure à 2, l'étape d'écoute comprend la détection d'au moins un signal porté par une m' ^eme forme d'onde parmi une pluralité de M formes d'ondes prédéterminées et, dans l'étape de codage de l'information, la valeur de la k' ^eme composante est obtenue par combinaison ordonnée de M sous-composantes d'une base orthogonale, la m' ^eme sous-composante étant égale à 1 , lorsque la m' ^eme forme d'onde a été détectée. Dans ce cas, le nœud concentrateur, lorsqu'il détecte les signaux reçus, est capable de distinguer leurs différentes formes d'ondes. La base M-aire, avec M>2 lui permet d'ajouter, dans l'information codée, une information relative aux formes d'onde détectées sur chaque intervalle de la fenêtre de contention. L'invention concerne aussi un dispositif de communication par un nœud capteur d'un réseau de télécommunications comprenant une pluralité de nœuds capteurs et un nœud concentrateur, ledit nœud capteur étant apte à transmettre des données au nœud

concentrateur sur un médium de communication à diffusion qu'il partage avec la pluralité de nœuds capteurs.

Selon l'invention, le dispositif est apte à mettre en œuvre les unités suivantes, lorsque le nœud capteur a des données à transmettre au nœud concentrateur :

- sélection d'un intervalle de temps j dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles de temps et précédant une période de transmission comprenant une pluralité d'intervalles de transmission ;

- diffusion d'un signal de requête dans l'intervalle de temps j sélectionné;

- réception d'un signal de réponse comprenant une information codée représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles de la fenêtre de contention marqués comme des intervalles pendant lesquels au moins un signal a été reçu par le nœud concentrateur ;

- détermination d'un rang de transmission au moins en fonction d'un nombre d'intervalles marqués par le nœud concentrateur parmi les intervalles de temps précédant l'intervalle de temps j à partir de l'information codée reçue ;

- décision d'émettre les données dans la période de transmission, lorsque le rang de

transmission déterminé est inférieur ou égal au nombre d'intervalles de la période de transmission.

Un tel dispositif est apte à mettre en œuvre le procédé de communication selon l'invention, qui vient d'être décrit selon ses différents aspects.

Avantageusement ce dispositif peut être intégré à un nœud capteur.

L'invention concerne donc en outre un nœud capteur apte à mettre en œuvre le dispositif de communication qui vient d'être décrit.

L'invention concerne aussi un dispositif de gestion de communication dans un réseau comprenant un nœud concentrateur et une pluralité de nœuds capteurs, la pluralité de nœuds capteurs étant apte à transmettre des données au nœud concentrateur sur un médium de communication à diffusion qu'ils partagent, ledit dispositif étant apte à mettre en œuvre les unités suivantes :

- écoute du médium de communication en vue de détecter au moins un signal reçu dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles;

- marquage des intervalles de temps de la fenêtre de contention dans lesquels au moins un signal reçu a été détecté ;

- à l'issue de la fenêtre de contention, codage d'une information représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles marqués ;

- Diffusion d'un signal de réponse, comprenant ladite information codée. Un tel dispositif est apte à mettre en œuvre le procédé de gestion selon l'invention, qui vient d'être décrit selon ses différents aspects.

Avantageusement ce dispositif peut être intégré à un nœud concentrateur.

L'invention concerne donc en outre un nœud concentrateur apte à mettre en œuvre le dispositif de gestion qui vient d'être décrit.

L'invention se rapporte aussi à un réseau de communication comprenant une pluralité de nœuds capteurs et un nœud concentrateur selon l'invention. Les avantages et caractéristiques discutés en rapport au procédé de communication et au procédé de gestion s'appliquent de manière correspondante au nœud capteur, au nœud concentrateur et au réseau de communication considérés.

L'invention vise aussi un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de communication précité lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.

L'invention vise également un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de gestion précité lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. Ces programmes peuvent utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.

L'invention vise aussi un support d'enregistrement ou support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.

Les supports d'enregistrement mentionnés ci-avant peuvent être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.

D'autre part, les supports d'enregistrement peuvent correspondre à un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.

Alternativement, les supports d'enregistrement peuvent correspondre à un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.

6. Liste des figures

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 présente une vue schématique d'un réseau de communication selon un mode de réalisation de l'invention ;

la figure 2 représente un exemple de déroulement d'une communication dans le réseau de la figure 1 selon un mode de réalisation de l'invention ;

la figure 3 présente de façon schématique un diagramme d'étapes qui illustre le fonctionnement d'un nœud capteur ;

la figure 4 présente de façon schématique un diagramme d'étapes qui illustre les étapes d'un procédé de communication selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 présente de façon schématique un diagramme d'étapes qui illustre les étapes d'un procédé de gestion selon un mode de réalisation de l'invention ;

les figures 6 et 7 illustrent des exemples de construction de l'information codée respectivement selon un premier et un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 présente un exemple de structure d'un dispositif de communication selon un mode de réalisation de l'invention; et

la figure 9 présente un exemple de structure d'un dispositif de gestion selon un mode de réalisation de l'invention.

7. Description d'un mode de réalisation particulier de l'invention

La figure 1 représente un réseau 2 comprenant plusieurs nœuds N ₂ , ...N _N . Le réseau 2 est par exemple un réseau sans fil de capteurs à basse consommation, dans lequel les nœuds, dits nœuds capteurs, peuvent commuter entre un état de sommeil dans lequel ils consomment peu d'énergie et un état éveillé dans lequel ils peuvent envoyer et recevoir des données, en particulier des données relatives à des valeurs mesurées par des capteurs. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce type de réseau et peut notamment concerner un réseau de liens sur toute sorte de canal de communication partagé.

Chaque nœud Ni présente l'architecture matérielle d'un ordinateur. L'un des nœuds N _Ï est représenté de manière plus détaillée sur la figure 1 et comprend un microprocesseur 3, une mémoire morte 4, une mémoire vive 5, une interface de communication 6 et un port d'entrée 7. Le microprocesseur 3 permet d'exécuter des programmes mémorisés dans la mémoire morte 4, en utilisant la mémoire vive 5. L'interface de communication 6 permet de communiquer par liaison sans fil avec les autres nœuds 1 du réseau 2. Enfin, le port d'entrée 7 permet d'acquérir la valeur d'un signal de mesure.

La mémoire morte 4 constitue un support d'information lisible par le microprocesseur 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, elle comporte des instructions d'un programme d'ordinateur dont les principales étapes représentées sous forme d'organigrammes sur la Figure 4 permettent l'exécution d'un procédé de communication selon un premier mode de réalisation de l'invention, mis en œuvre par le nœud Ni.

Avantageusement, le nœud Ni comprend un dispositif 100 de communication selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui sera décrit en relation avec la figure 6.

Périodiquement ou en fonction de la valeur du signal de mesure acquise sur son port d'entrée 7, chaque nœud Ni décide de transmettre des données sur le réseau 2. Pour éviter des collisions et pertes de paquets, chaque nœud Ni met en œuvre un mécanisme d'évitement des collisions décrit plus en détail ci-après.

La figure 2 représente, en fonction du temps, le déroulement d'une communication sur le réseau 2 pour un nœud capteur Ni du réseau de communication 2. Les nœuds Ni ont une connaissance partagée du temps t. Ainsi, ils peuvent commuter périodiquement dans leur état éveillé à des instants 12 communs à tous les nœuds N,. Cette connaissance peut être préétablie ou acquise à la volée. Le déroulement de la communication comprend deux phases 10, 1 1 qui précèdent un instant 12 de commutation à l'état éveillé, et un phase 13 qui suit l'instant 12.

Les phases 1 0 et 1 1 ont pour but de déterminer les nœuds Ni qui vont être autorisés à émettre. Enfin, la phase 13 est une période de transmission pendant laquelle les nœuds Ni autorisés à émettre émettent les données à transmettre.

La période de transmission de la phase 13 présente plusieurs canaux de transmission. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la période de transmission comprend trois canaux de transmission 15, 16 et 17 multiplexés temporellement. En variante, la période de transmission pourrait comprendre plus ou moins de canaux de transmission. En variante également, les canaux de transmission pourraient être multiplexés en fréquence.

Les phases 10 et 1 1 permettent la mise en œuvre d'un mécanisme d'évitement des collisions en deux parties, qui a pour but de sélectionner les trois nœuds Ni qui vont être autorisés à émettre respectivement dans les canaux de transmissions 15, 16 et 1 7. Bien entendu, si la période de transmission comprend plus ou moins de trois canaux de transmission, le nombre de nœuds Ni sélectionnés pendant les phases 10 et 1 1 est adapté en conséquence. L'invention concerne plus particulièrement le déroulement de la phase 10.

Les figures 3 et 4 sont des diagrammes d'étapes représentant le procédé de communication effectué par chaque nœud Ni, permettant le déroulement d'une communication selon la figure 2.

A l'étape 30 de la figure 3, qui précède la phase 10, le nœud Ni est dans son état de sommeil, ce qui est représenté par le symbole S sur les figures. A l'étape 31 , le nœud Ni détermine s'il a des données à transmettre. Si le nœud Ni n'a pas de données à transmettre, il se rendort. S'il a des données à transmettre, il passe à l'étape 40 de la figure 4.

La figure 4 représente les étapes effectuées par un nœud Ni qui a des données à transmettre, pendant la phase 10 de la figure 2, selon un premier mode de réalisation de l'invention. La phase 10 permet la mise en œuvre d'une première partie du mécanisme d'évitement des collisions, en utilisant une fenêtre de contention 18 divisée en plusieurs intervalles de temps. Sur la figure 2, la fenêtre de contention 18 est divisée en Tf intervalles de temps, avec Tf qui vaut 7. En variante, la fenêtre de contention 1 8 pourrait être divisée en plus ou moins d'intervalles de temps.

A l'étape 40, le nœud Ni obtient un instant to de début de la prochaine fenêtre de contention 18. Par exemple, il reçoit un signal d'annonce SA en provenance du nœud concentrateur CO. En 41 , il sélectionne au hasard un intervalle de temps j dans la fenêtre de contention 18. La fonction de probabilité utilisée pour sélectionner l'intervalle de temps j peut être de différents types, par exemple une distribution croissante géométriquement, du type décrit dans le document K. Jamieson, H. Balakrishnan, et Y.C. Tay, « Sift : A MAC protocol for event-driven wireless sensor networks », dans EWSN (K.Romer, H. Karl, et F. Mattern, eds), vol. 3868 de Lecture Notes in Computer Science, pp. 260-275, Springer, 2006, ou simplement une distribution uniforme.

Ensuite, le nœud Ni s'endort en 42, jusqu'au début de l'intervalle j de la fenêtre de contention 18. Il se réveille au début de l'intervalle j et envoie en 43 un signal de requête de transmission au nœud concentrateur CO pour marquer l'intervalle j. Il se rendort en 44.

A la fin de la fenêtre de contention, le nœud Ni se réveille et écoute, au cours d'une étape 45, les éventuels messages reçus sur son interface de communication 6, ce qui est symbolisé par RADIO RX.

A l'étape 46, le nœud Ni détermine si l'un des messages reçus est un signal de réponse en provenance du nœud concentrateur CO, ce qui est symbolisé par « ANSW ? ».

S'il a reçu un message de réponse en provenance du nœud concentrateur CO, il extrait de ce message une information codée représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles de la fenêtre de contention marqués comme des intervalles pendant lesquels des signaux ont été reçus par le nœud concentrateur de la pluralité de nœuds capteurs.

Le nœud capteur Ni est alors capable de déterminer le nombre d'intervalles qui ont été marqués avant l'intervalle j qu'il a sélectionné, et d'en déduire le rang de transmission Rg qui lui revient.

Lorsque le rang de transmission Rg obtenu a une valeur inférieure à un seuil prédéterminé T, le nœud Ni décide qu'il peut transmettre dans l'intervalle numéro IM +1 de la fenêtre de transmission. Le seuil T correspond au nombre de canaux de transmission dans la période de transmission. Ainsi, T = 3 dans l'exemple de la figure 2.

En 49, il se rendort et programme son réveil à l'instant de début de transmission de la phase 13 correspondant à son rang, c'est-à-dire un des créneaux 15, 16 ou 17.

Lorsqu'au contraire, le nombre d'intervalles marqués IM obtenu a une valeur supérieure ou égale au seuil T, le nœud Ni décide, au cours d'une étape 48 qu'il ne peut pas transmettre dans la période de transmission 19, et qu'il tentera sa chance lors de la prochaine compétition, par exemple pour l'attribution des intervalles de la période de transmission 20 ou 21 . Il se rendort en 49.

Bien sûr, on comprend que l'information codée se limite dans ce premier mode de réalisation à indiquer le nombre et le rang des intervalles marqués par le nœud concentrateur, et qu'elle est silencieuse sur le nombre de nœuds qui ont tenté de marquer un même intervalle de la fenêtre de contention.

Il en résulte que plusieurs nœuds Ni peuvent prendre simultanément la décision d'émettre dans un même intervalle de temps j qu'ils ont sélectionné chacun de leur côté.

Pour éviter que cette situation se produise, les nœuds sélectionnés lors de la première phase du mécanisme d'évitement des collisions, peuvent participer à la deuxième partie de ce mécanisme. Il s'agit donc des nœuds Ni qui ont des données à transmettre et qui ont pu obtenir un rang de transmission inférieur au seuil T pendant la phase 10. Ainsi, chaque nœud Ni qui participe à cette deuxième partie, dispose d'un rang dont la valeur est comprise entre 1 et T.

Comme le représente la figure 2, la deuxième partie du mécanisme d'évitement des collisions, correspondant à la phase 1 1 , utilise T fenêtres de contention, c'est-à-dire trois fenêtres de contention 19, 20 et 21 dans l'exemple représenté. Le compteur c de chaque nœud 1 permet de lui assigner une des fenêtres de contention 19, 20 et 21 pour la deuxième partie du mécanisme d'évitement des collisions.

Ainsi, selon l'invention, un mécanisme de sélection est mis en œuvre dans chaque fenêtre de contention 19, 20 et 21 permettant de sélectionner un unique nœud 1 autorisé à transmettre dans le canal de transmission 15, 16 ou 17 correspondant respectivement à la fenêtre de contention 19, 20 ou 21 . Cette deuxième partie du mécanisme d'évitement des collisions est très utile car, pendant la première partie, plusieurs nœuds Ni peuvent avoir sélectionné un même intervalle de temps à l'étape 55 et donc s'être octroyé le même rang.

Ensuite, chacun des trois nœuds Ni autorisés à transmettre transmet ses données sur le canal de transmission 15, 16 et 17 correspondant à sa fenêtre de contention 19, 20 et 21 . Ainsi, dans l'exemple représenté, le nœud ni qui a sélectionné l'intervalle de temps n ° 2 pendant la phase 10 et participé au mécanisme de sélection de la fenêtre de contention 19 pendant la phase 1 1 transmet ses données dans le canal de transmission 15. Le mécanisme d'évitement des collisions permet également de commuter chaque nœud entre son état de sommeil et son état éveillé, en fonction des besoins. Seuls le nœud Ni ayant des données à transmettre et le nœud concentrateur sont dans l'état éveillé pendant la transmission. Les autres nœuds consomment donc peu d'énergie.

Selon un deuxième mode de réalisation, qui sera présenté plus en détails en relation avec la Figure 7, le nœud capteur Ni diffuse un signal de requête REQ en utilisant une forme d'onde prédéterminée parmi une pluralité de M formes d'ondes prédéterminées.

Selon ce mode de réalisation de l'invention, l'information codée qu'il reçoit est représentative de la réception par le nœud concentrateur d'au moins un type de forme d'onde parmi la pluralité de formes d'ondes prédéterminées. Si plusieurs types de formes d'ondes sont détectés par le nœud concentrateur, ce dernier insère cette information dans l'information codée IC et le nœud capteur Ni peut en tenir compte pour établir son rang de transmission. Par exemple, s'il a sélectionné la deuxième forme d'onde pour porter son message de requête et s'il détermine que la première forme d'onde a été détectée par le nœud concentrateur dans le même intervalle j que le sien, il doit décaler son rang de transmission de 1 . Un avantage de ce mode de réalisation est qu'il permet de limiter encore plus le risque de collision dans un intervalle de transmission donné.

La figure 5 est un diagramme d'étapes représentant le procédé de gestion de communication exécuté par le nœud concentrateur CO selon un premier mode de réalisation de l'invention et permettant le déroulement d'une communication entre la pluralité de nœuds capteurs et le nœud concentrateur selon la figure 2.

Au début de la fenêtre de contention, dans une étape 50, le nœud concentrateur initialise une variable i à 1 . Cette variable correspond à l'intervalle de temps courant de la fenêtre de contention 18. Il initialise aussi à zéro un tableau de marquage à une dimension TM(i) de longueur Tf, égale au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention 18. La variable i est donc un entier compris entre 1 et Tf.

Avantageusement, au cours d'une étape 51 , il émet sur son interface radio, un message d'annonce de début tO d'une prochaine fenêtre de contention 18, à destination de la pluralité de nœuds capteurs Ni.

Au cours d'une étape 52, qui dure le temps de l'intervalle courant i, le nœud concentrateur se met à l'écoute des signaux reçus sur son interface radio, ce qui est symbolisé par RADIO RX i sur la figure 5. Avantageusement, il détecte une quantité d'énergie E reçue pendant l'intervalle courant i et, si cette quantité d'énergie est supérieure à un seuil Se prédéterminé, il décide à l'issue de cet intervalle, en 53 qu'il a reçu un signal dans l'intervalle de temps i courant. En 53, il marque l'intervalle i concerné en mettant à 1 la variable TM(1 ) du tableau de marquage. Sinon, il la laisse à zéro. Ensuite, dans tous les cas, il vérifie en 54 que la variable i est strictement inférieure au seuil Tf. Si c'est le cas, le nœud concentrateur CO incrémente de 1 la valeur de l'intervalle courant i au cours de l'étape 56, puis retourne à l'étape 52.

La succession d'étapes 52 à 56 est donc répétée pour chaque valeur de l'intervalle courant i, tant que i est strictement inférieure au nombre d'intervalles Tf.

Selon ce prem ier mode de réalisation de l'invention , le tableau de marquage est rempli de la façon suivante :

Lorsque k est égal à K-1 , le nœud concentrateur CO met en œuvre une étape 57 de codage des informations du tableau de marquage sur une séquence binaire de longueur Tf, de la façon suivante : Le k ^eme bit est m is à 1 lorsque l'intervalle k a été marqué par le nœud concentrateur,

Le k' ^eme bit est m is à zéro sinon.

Cela revient à projeter les valeurs du tableau de marquage sur une base binaire orthogonale de dimension Tf.

Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, dont un exemple est illustré par la Figure 6, l'information est codée sur une base binaire de dimension K, égale au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention. Le nœud Ni décompose donc l'information codée reçue en K composantes Ck d'un vecteur d'une base binaire de dimension K égale au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention et interprète les composantes obtenues, la k ^eme composante étant égale à 1 lorsque l'intervalle a été marqué par le nœud concentrateur et à zéro sinon.

L'information codée IC est donc obtenue en faisant la somme des contributions des K composantes de la façon suivante :

iC =∑fr|€ _k , 2 ^k avec C _k = f, fonction indicatrice, par exemple égale à 1 , lorsque l'intervalle k a été marqué et C _k = 0 sinon.

Dans l'exemple de la Figure 5, les intervalles 0, 3 et 5 ont été marqués.

L'information codée IC reçue par les nœuds capteurs vaut donc, en appliquant la formule précédente : IC = 1 .2°+ 1 .2 ³ +1 .2 ⁵ =1 + 8 +32 = 41 .

A partir de l'information codée, le nœud Ni pourra déterminer le nombre d'intervalles marqués par le nœud concentrateur CO et en déduire son rang de transm ission. Ceci est rendu possible par le fait qu'une base orthogonale a été utilisée par le nœud concentrateur. L'information codée IC est donc re-décomposée sans perte d'information. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le nœud concentrateur CO est apte à distinguer différentes formes d'onde FO parmi une pluralité de M formes d'ondes prédéterminées, reçues sur son interface radio.

En relation avec la figure 7, un exemple illustratif de ce deuxième mode de réalisation de l'invention va maintenant être présenté.

Dans cet exemple, on considère une première et une deuxième formes d'ondes distinctes F01 et F02.

Au début de la fenêtre de contention, dans une étape 50, le nœud concentrateur initialise une variable k à 0. Cette variable correspond à l'intervalle de temps courant de la fenêtre de contention 18. Il initialise aussi à zéro un tableau de marquage à deux dimensions TM[k,m] avec k compris entre 0 et K-1 , K étant égal au nombre d'intervalles de la fenêtre de contention 18 et m compris entre 0 et M-1 , M-1 étant égal au nombre de formes d'ondes que le nœud concentrateur est apte à distinguer.

Avantageusement, au cours d'une étape 51 , il émet sur son interface radio, un message d'annonce de début tO d'une prochaine fenêtre de contention 18, à destination de la pluralité de nœuds capteurs Ni.

Au cours d'une étape 52, qui dure le temps de l'intervalle courant k, le nœud concentrateur se met à l'écoute des signaux reçus sur son interface radio, ce qui est symbolisé par RADIO RX i sur la figure 5. Avantageusement, s'il détecte un signal porté par la première forme d'onde F01 , il décide à l'issue de cet intervalle, en 53, de marquer l'intervalle k concerné en mettant à la valeur de fonction indicatrice, par exemple égale à 1 , la variable TM(k,1 ) du tableau de marquage. Sinon, il la laisse à zéro.

S'il détecte en outre, pour ce même intervalle k, la réception d'un autre signal porté cette fois par la deuxième forme d'onde F02, il marque la variable TM(k,2) à la valeur f.

Si, au contraire, aucun signal porté par la première ou la deuxième forme d'onde n'est détecté, il ne marque aucune case. On considérera la valeur zéro de la case TM(k, 0) comme indicatrice de l'absence de signal détecté.

Ensuite, dans tous les cas, il vérifie en 54 que la variable k est strictement inférieure au seuil K-1 . Si c'est le cas, le nœud concentrateur CO incrémente de 1 la valeur de l'intervalle courant k au cours de l'étape 56, puis retourne à l'étape 52.

La succession d'étapes 52 à 56 est donc répétée pour chaque valeur de l'intervalle courant k, tant que k est strictement inférieure au nombre d'intervalles K-1 .

Selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention, l'information codée IC est ensuite composée, comme illustré en relation avec la figure 7, de la façon suivante, par combinaison des composantes d'une base orthogonale M-aire, avec M entier strictement supérieur à deux: IC=∑¾ ₌ 1¾ ^{¾ avec} =∑!=!/.2 ^s5 fonction indicatrice, par exemple égale à 1 .

Chaque nœud apporte une contribution à une composante de l'information codée. Cette information codée combine tous les événements de réception détectés par le nœud concentrateur. Du fait que les bases utilisées sont orthogonales, chaque noeud est en mesure de décomposer de façon unique cette information codée sur les deux bases imbriquées, afin d'obtenir sa contribution à l'information codée.

L'ordre de transmission des nœuds se déduit de la contribution obtenue à partir de l'information codée, en fonction des relations d'ordres établies respectivement entre les K composantes (M ^k ) correspondants aux intervalles de la fenêtre de contention et les M sous- composantes (2 ^m ) correspondant aux formes d'ondes..

Dans ce mode de réalisation, ces relations d'ordre sont croissantes. En variante, elles peuvent être choisies décroissantes, l'important étant que les nœuds les connaissent au préalable.

Dans l'exemple de la figure 7, on considère M égal 4. Deux formes d'ondes F01 ,

F02 sont susceptibles d'être utilisées pour la transmission des nœuds capteurs vers le nœud concentrateur.

Le nœud concentrateur CO a détecté :

La première forme d'onde F01 dans l'intervalle 0,

- Aucune des deux formes d'ondes dans l'intervalle 1 ,

La première et la deuxième formes d'onde FOI , F02 dans l'intervalle 2, La première forme d'onde FOI dans l'intervalle 3,

La première et la deuxième formes d'onde FOI , F02 dans l'intervalle 4, Aucune des deux formes d'ondes dans l'intervalle 5,

- La première forme d'onde FOI dans l'intervalle 6.

Les composantes l _k qui en résultent sont les suivantes :

I0 = f.4° ; 11 =0 ; 12 = f.2 ¹ + f.2 ² ; L3 = f.2 ¹ ;L4= f.2 ¹ + f.2 ² ; L5=0 ;L6 = f.2 ¹

L'information codée IC est ensuite calculée comme suit :

IC = 1 .4°+0.4 ¹ + (1 +2).4 ² + 1 .4 ³ +2.4 ⁴ +0.4 ⁵ +1 .4 ⁶ =1 +48+64+256= 369

Le nœud capteur Ni détermine donc à partir de l'information codée IC reçue, non seulement le nombre d'intervalles marqués avant l'intervalle j qu'il a sélectionné, mais aussi le nombre de formes d'ondes marquées dans cet intervalle, avant la sienne. Il est donc en mesure de calculer plus précisément son rang de transmission.

Selon une variante du deuxième mode de réalisation qui vient d'être présenté, le nœud concentrateur ne détecte qu'une forme d'onde parmi les M prédéterminées. Ainsi, il ne marque qu'une forme d'onde par intervalle k de la fenêtre de contention. Seuls les nœuds capteurs qui ont sélectionné cette forme d'onde ont donc une chance de gagner lors de leur participation au mécanisme de compétition. Ceci permet de limiter le nombre de collisions sur un intervalle donné de la période de transmission.

Avantageusement, selon cette variante, un nœud capteur Ni qui souhaite transmettre des données au nœud concentrateur lors de la prochaine période de transmission, sélectionne de façon aléatoire, par exemple selon une loi de distribution croissante géométriquement, la forme d'onde qu'il va utiliser parmi les M prédéterminées.

En relation avec les Figures 8 et 9, on considère maintenant les structures simplifiées d'un dispositif 100 de communication et d'un dispositif 200 de gestion de communication selon un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif de communication 100 met en œuvre le procédé de communication selon l'invention tel que décrit ci-dessus. Le dispositif de gestion met en œuvre le procédé de gestion de communication selon l'invention tel que décrit ci-dessus. Par exemple, le dispositif 100 comprend une unité de traitement 1 10, équipée par exemple d'un processeur P1 , et pilotée par un programme d'ordinateur Pg-, 120, stocké dans une mémoire 130 et mettant en œuvre le procédé de communication selon l'invention.

A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg _! 120 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 1 10. Le processeur de l'unité de traitement 1 10 met en œuvre les étapes du procédé de communication décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur 120.

Le dispositif 100 comprend une unité SEL de sélection d'un intervalle de temps dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles de temps et précédant une période de transmission comprenant une pluralité d'intervalles de transmission, une unité REQ d'émission d'un signal de requête dans l'intervalle de temps j sélectionné à destination du nœud concentrateur, une unité REC de réception d'un signal de réponse porteur d'une information codée représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles de la fenêtre de contention marqués comme des intervalles pendant lesquels des signaux ont été reçus par le nœud concentrateur de la pluralité de nœuds capteurs, une unité DET de détermination d'un nombre d'intervalles marqués par le nœud concentrateur parmi les intervalles de temps précédant l'intervalle de temps j à l'aide du signal de réponse reçu, une unité DEC de décision d'émettre les données dans l'intervalle de temps j lorsque le nombre d'intervalles compté est inférieur à un seuil prédéterminé. Selon l'invention, le dispositif 100 de communication est donc agencé pour coopérer avec un module d'émission/réception radio 6 du nœud Ni. En particulier l'unité REQ est apte à lui commander l'émission du signal de requête REQ dans l'intervalle de temps j sélectionné et l'unité REC est apte à requérir de ce module les signaux reçus pendant un intervalle de temps donné, comme par exemple un signal de réponse ANSW en provenance du nœud concentrateur CO. Ces unités sont pilotées par le processeur P1 de l'unité de traitement 1 10.

Avantageusement, le dispositif de communication 100 est intégré dans un nœud Ni. Selon une variante, il pourrait être intégré à un module indépendant, connecté au nœud Ni.

Selon une autre variante évoquée en relation avec la Figure 1 , le programme d'ordinateur Pgl est stocké dans la mémoire 4 et exécuté par le processeur 3 du nœud capteur Ni.

Par exemple, le dispositif 200 comprend une unité de traitement 210, équipée par exemple d'un processeur P2, et pilotée par un programme d'ordinateur Pg ₂ 220, stocké dans une mémoire 230 et mettant en œuvre le procédé de traitement de gestion selon l'invention.

A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg ₂ 220 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 210. Le processeur P2 de l'unité de traitement 210 met en œuvre les étapes du procédé de gestion décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur 220.

Selon l'invention, le dispositif de gestion 200 comprend une unité DET de détection d'une quantité d'énergie reçue dans une fenêtre de contention comprenant plusieurs intervalles, une unité MARK de marquage des intervalles de temps de la fenêtre de contention dans lesquels une quantité d'énergie supérieure à un seuil d'énergie prédéterminé a été détectée, à l'issue de la fenêtre de contention, une unité COD de codage d'une information représentative d'une combinaison ordonnée des intervalles marqués et une unité SEND d'émission d'un signal de réponse à destination de la pluralité de capteurs, ledit signal étant porteur de ladite information codée.

Ces unités sont pilotées par le processeur P2 de l'unité de traitement 210. L'unité DET est agencée pour coopérer avec un module d'émission/réception radio

RADIO RXco apte à détecter la quantité d'énergie reçue pendant un intervalle de temps donné. L'unité SEND est elle aussi agencée pour coopérer avec le module RADIO RX _∞ apte à émettre le signal de réponse à la pluralité de capteurs, sur commande de l'unité SEND. De façon avantageuse, les intervalles marqués sont stockés sous forme d'un tableau de marquage dans une mémoire, par exemple la mémoire 130 du dispositif de gestion selon l'invention.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 200 est intégré dans un nœud concentrateur CO.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de gestion 200 est intégré dans un module indépendant, connecté au nœud concentrateur.

On constate que les procédé décrits ci-dessus permettent à un nœud concentrateur d'autoriser plusieurs nœuds capteurs Ni à transmettre pendant une période de transmission comprenant plusieurs canaux de transmission.

Ainsi, même si la durée de transmission nécessitée par un nœud est plus faible que la durée de la période de transmission, la bande passante disponible peut être utilisée par d'autres nœuds. Par ailleurs, le mécanisme d'évitement des collisions en deux parties permet au nœud concentrateur une sélection efficace des nœuds autorisés à transmettre.

Du fait qu'il répond à tous les nœuds Ni participant à la compétition en diffusant un seul message de réponse très court, l'occupation de bande passante sur le canal de transmission est minimale.