Impact des Codes Fontaine sur la consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs avec prise en compte d’une couche MAC réaliste ANYA APAVATJRUT, CLAIRE GOURSAUD, JEAN-MARIE GORCE Laboratoire CITI INSA Lyon, Bâtiment Claude Chappe, 6 avenue des Arts, 69621 Villeurbanne Cedex, France anya.apavatjrut@insa-lyon.fr, claire.goursaud@insa-lyon.fr, jean-marie.gorce@insa-lyon.fr Résumé - Nous étudions, dans cet article, l’impact de codes fontaine sur la consommation d’énergie dans un réseau de capteurs. Cette influence a déjà été étudiée mais dans des réseaux exploitant la diffusion naturelle des réseaux sans fils, et sans tenir compte de la fiabilité du processus d’acquittement. Dans cet article, nous considérons le cas d’une couche MAC réaliste, où l’acquittement peut être perdu. Nous montrons d’une part que les liens utilisant les codes fontaines sont plus efficaces face à la perte d’acquittement que les liens sans codage ; et d’autre part que l’utilisation des codes fontaines permet de réduire la consommation d’énergie même sur une liaison point à point. Abstract - In this paper, we study the impact of fountain codes on power consumption in wireless sensor network. This topic has been studied earlier but is limited in wireless network without studying the impact of higher level of protocol stacks. In this paper, we propose to study the advantage of digital fountain codes with a realistic MAC protocol when lost may occur during acknowledgement transmission procedure. The results show that fountain codes not only reduce the amount of acknowledgement sequences required which is advantageous in half-duplex channel environment, it also reduces power consumption even within one point-to-point radio channel. 1 Introduction Un réseau de capteurs est un système constitué de nœuds radios spatialement distribués dont le but est de détecter et transmettre des informations. Chaque capteur est autonome et possède une durée de vie limitée, liée à la taille de sa batterie. Dans ce contexte, l’énergie est une ressource critique qui peut être économisée en minimisant le nombre de paquets émis. Dans les réseaux de capteurs, les collisions qui entrainent la perte de paquets induisent une augmentation du nombre de transmissions. En particulier, la perte des paquets d’acquittements engendre des retransmissions parfaitement inutiles. S’affranchir des paquets d’acquittement peut donc permettre de réduire cette surcharge d’émission. Les codes fontaines [1] peuvent être utilisés car ils possèdent la particularité de pouvoir fonctionner avec un acquittement global, transmis lorsque l’ensemble des paquets a été correctement décodé. En revanche, les codes fontaines génèrent un sur-débit, (dû principalement à la redondance introduite), qui augmente la consommation d’énergie. Le bilan énergétique pour les codes fontaines n’est donc pas immédiat et mérite d’être évalué. Ceci a été étudié dans [2] pour une application de diffusion dans les réseaux de capteurs. Dans [3], l’énergie est évaluée pour la transmission point à point via des relais coopératifs parallèles. Cependant, ces études tentent d’évaluer la performance globale du système et seule la couche physique (PHY) est considérée. Nous proposons donc dans cet article, de présenter le cas d’une liaison point à point, en considérant les couches MAC (Medium Access Control) et PHY, afin d’évaluer si les codes fontaines permettent un gain en énergie consommée, et dans quelles proportions. Pour cela, dans la section suivante, nous évaluons théoriquement la consommation d’énergie pour un lien radio donné avec et sans codage. Après validation de notre étude théorique à l’aide d’un simulateur, nous montrons dans la section 3 que les codes fontaines permettent de réduire l’énergie consommée. Enfin, nous élargissons cette étude à une topologie de réseau en étoile. 2 Étude théorique de la consommation d’énergie en présence de codes fontaine 2.1 Introduction aux « codes fontaine » Les codes fontaine font partie de la famille des codes correcteurs d’erreurs. Cependant, contrairement aux codes correcteurs d’erreurs classique de type RS (Reed Solomon), ces codes ont potentiellement un rendement infini. Ainsi, la transmission de paquets codés peut se poursuivre jusqu’à la réception complète de l’information, quelque soit le nombre de paquets perdus. Dans cet article, nous utilisons la famille de code fontaine « LT » (Luby Transform) qui est introduit dans [3] et qui possède un algorithme de codage/décodage simple. Le codage consiste à combiner aléatoirement des fragments parmi les K fragments à transmettre. Pour cela, la première étape consiste à tirer selon la loi de « Robust Soliton » le nombre de paquets « d » appelé « degré du paquet ». Cette loi tend à maximiser la répartition d’information dans les paquets codés et conserve la capacité de décodage. Ensuite, la deuxième étape consiste à tirer aléatoirement d paquets parmi les K fragments à transmettre et les combiner avec des opérations XOR.