realistic simulations of delay tolerant networks
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Realistic simulations of Delay Tolerant Realistic simulations of Delay Tolerant NetworksNetworks
Soutenance de Mémoire de Fin d’Études
Réalisé par :
Amir Krifa
Encadré par :
Dr Chadi Barakat & Dr Thierry Turletti
École Nationale des Sciences de l’Informatique
Année universitaire : 2006-2007
Supervisé par :
Pr Abdelfattah Belghith
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Introduction•Augmentation rapide du nombre d’équipements mobiles,
•La plupart de ces équipements intègrent des chipsets de communication sans fils,
• Communication en mode infrastructure, en mode ad-hoc ou en mode mixte,
Apparition de nouveaux réseaux difficiles ( Challenged Networks) caractérisés par :
•Délai très élevé,
•Connectivité Intermittente,
• Taux d’erreur élevé,
• Hétérogénéité des technologies sans fils utilisés par les mobiles.
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Problématique et motivation
•Handicaps de l’Internet d’aujourd’hui :
• Existence d’au moins d’un chemin de bout en bout entre la source et la destination,
• Délai allez retour (RTT, Round Trip Time) est toujours supposé très faible, de l’ordre de quelques dizaines de ms,
• Supports de transmission fiable,
•La conversation est un bon moyen pour détecter et corriger les erreurs de transmissions comme c'est le cas par exemple avec le mécanisme d'acquittement de bout en bout dans TCP.
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Problématique et motivation
•Disfonctionnement des mécanismes de routages des réseaux ad-hoc [Spyropoulos, 2007] :
•Protocoles de routage proactif
•Protocoles de routage Réactif
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Problématique et motivation
Nécessité d’une nouvelle architecture
Nécessité d’une plateforme de simulation supportant l’architecture
L’architecture DTN
Evaluer les performances des réseaux DTN
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PLAN
Réseaux Tolérant au Délai Mécanismes de routage dans un DTN Problème de congestion dans un DTN Architecture de la plateforme DTN Validation et Interprétation des résultats Conclusion et Perspectives
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Réseaux Tolérant au délai
• Concept introduit par Kevin Fall en 2002
• Principe général : Communication par messages, en mode Store-and-Forward, afin de répondre aux problèmes :
•de perte de connectivité,
• de latence élevée,
• d’hétérogénéité rencontré dans les « réseaux difficiles ».
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Architecture d’un DTN•Réseau de régions
• chaque région correspond en un réseau de nœuds homogènes
• Un nœud DTN peut être : un simple « Host », un « Routeur » ou un « Gateway »
•Chaque nœud dispose d’un identificateur unique{region_id, host_id}
Region BRegion A
Address {region b, host x}
Gateway
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Architecture d’un DTN• Une nouvelle couche protocolaire « Bundle » [Warthman, 2003] :
Assurer l’interopérabilité entre les différentes sous couches protocolaires,
Offre les mécanismes de gestion de l’unité de stockage et d’acheminement des messages.
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• Utilisation d’une nouvelle entité de données, « bundle »
[Warthman, 2003] :
Former d’un ensemble de blocs,
Diminuer la surcharge due au caractère conversationnel.
Architecture d’un DTN
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Architecture d’un DTN•Le mécanisme Store-and-Forward [Warthman, 2003] : Transmettre d’une zone de stockage à une autre les messages le long d’un chemin qui mène à la destination.
• Interface Applicative Asynchrone:
• Afin de s’enregistrer, l’application doit préciser l’EID selon lequel elle va recevoir les unités de données ainsi que la période de validité de l’enregistrement.
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PLAN
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Mécanismes de routage dans un DTN• Les contactes dans un DTN
• Les contacts programmés
•Les contacts probabilistes
•Les contacts opportunistes
• Les mécanismes de routages :
• Basés sur les contacts programmés
• Basés sur les contacts probabilistes
• Basés sur les contacts opportunistes
• Le routage Epidémique
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Mécanismes de routage dans un DTN• Le routage Epidémique [Vahdat, 2000] :
• Distribuer les messages dans les parties connectées du réseau DTN
• Mobilité des distributeurs
Infection de nouveaux îlots de nœuds
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Mécanismes de routage dans un DTN•Mécanisme de découverte des nœuds voisins:
• Message HELLO envoyé périodiquement, chaque HELLO_INTERVAL en broadcast et contient
• L’identificateur de l’émetteur
• Un identificateur numérique RULE
• Gestion de la liste des voisins :
• Mettre à jour la date d’apparition d’un voisin
• Eliminer les voisins dont la date d’apparition n’a pas été mise à jour depuis NEIGHBOR_MAX_UPDATE
• Initialisation d’une session Epidémique
S
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Mécanismes de routage dans un DTN• Session de routage Epidémique :
• Mécanisme d’acquittement par bloc
• Nombre de retransmissions && temporisateur
RULE = 10 RULE = 1
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Problème de congestion dans un DTN• Chaque nœud d’un DTN est équipé d’une unité de stockage de taille fixe.
• Au bout d’un certain nombre d’échanges il va se trouver dans un état de congestion.
• Les Drop Policies : politiques qu’un nœud DTN peut appliquer afin de gérer son unité de stockage en cas de congestion.
• Les politiques qui se basent sur une vision locale, celle de l’état de l’unité de stockage du nœud en question:
Drop Last : Supprimer le message reçu en dernier.
Drop Front : Supprimer le message qui se trouve en tête de la file d’attente.
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Problème de congestion dans un DTN• Les politiques qui se basent sur une vision globale de l’état du réseau : ce sont des politiques qui se basent sur le champ « lifespan » contenu dans l’entête d’un bundle :
• Drop the Oldest Message :
Supprime le plus vieux message ayant la plus grande valeur de « lifespan ».
• Drop the Youngest Message :
Supprime le plus petit message ayant la plus petite valeur de « lifespan ».
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PLAN
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Architecture de la plateforme DTN
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PLAN
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Validation et Interprétation des résultats• Scénario de Simulation :
• TTL : Durée de vie maximale,
• Surface de 1000*1000 m2,
• Nombre de nœuds dans le réseau DTN = 25,
• Porté sans fil d'un noeud DTN 100 m,
• Débit théorique du réseau sans fil est à 11 Mb/s,
• Vitesse de chaque noeud DTN = 6 Km/h,
• Chaque noeud se déplace aléatoirement dans la surface choisie.
Outil setdest : génération de fichiers de mobilité Aléatoire conformément à l’algorithme Random Waypoint.
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Choix aléatoire des destinations ainsi que de l'instant de démarrage de l'envoie des messages dans l'intervalle [0, TTL],
Chaque application source CBR doit générer 1 message / TTL,
Chaque source doit garder les messages qu’elle a généré même en cas de congestion.
Validation et Interprétation des résultats
Donnez la priorité aux copies Sources par rapport aux copies des autres messages.
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• Taux de Livraison Local : c’est le rapport entre le nombre de messages qu’un nœud DTN demande au niveau du message M1 ou M2 de la session de routage Epidémique et le nombre de messages qu’il a reçu suite à la session Epidémique.
Validation et Interprétation des résultats
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• Taux de livraison de bout en bout : c’est le rapport entre le nombre de messages reçus par les destinations et le nombre de messages générés par les différentes sources.
• Capacité maximale des unités de stockage = 30 messages
Validation et Interprétation des résultats
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• Evolution de l’état d’un support de stockage dans le cas d’un DTN congestionné :
• Capacité maximale des unités de stockage = 6 messages
Validation et Interprétation des résultats
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• Taux de livraison de bout en bout engendré par chacune des Dop Policies pour un TTL = 1000 (s) :
Validation et Interprétation des résultats
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• Taux de livraison de bout en bout engendré par chacune des Dop Policies pour un TTL = 400 (s) :
Validation et Interprétation des résultats
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• Délai d’acheminement de bout en bout : ça correspond au temps qu’un message passe dans le réseau DTN jusqu’à atteindre sa destination.
•Capacité maximale des unités de stockage = 6 messages.
Validation et Interprétation des résultats
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PLAN
Réseaux Tolérant au Délai Mécanismes de routage dans un DTN Problème de congestion dans un DTN Architecture de la plateforme DTN Validation et Interprétation des résultats Conclusion et Perspectives
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Conclusion
Nouveaux Défis : Connexion intermittentes Délai, taux d’erreur élevés
Apparition de l’architecture DTN
Plateforme de simulation pour ce nouveau type de réseaux
Nouvelles orientations de recherche : Etude des Drop Policies afin d’améliorer les performances du réseau en cas de congestion.
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Perspectives
Développer un modèle analytique pour les Drop Policies, Explorer à travers des simulations d’autres modèles de réseaux
DTN, d’autres modèles de mobilité, Introduire différentes classes de services, différentes valeurs
de TTL.
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Bibliographie
[Spyropoulos, 2007] T. Spyropoulos, « Delay Tolerant Networking for Challenged Enviroments », INRIA Sophia-Antipolis, Février2007,
http://www-sop.inria.fr/planete/spyropoulos/. [Vahdat, 2000] A. Vahdat, D. Becker, « Epidemic Routing for
Partially-Connected Ad Hoc Networks », Duke University, 2000, http://issg.cs.duke.edu/epidemic/epidemic.pdf.
[Warthman, 2003] F. Warthman, « Delay Tolerant Networks », Delay Tolerant Networking Research Group, Mars 2003, http://www.ipnsig.org/reports/DTN_Tutorial11.pdf
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Merci Pour Votre Attention