routage avec contraintes de délai dans les réseaux mobiles ad hoc
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Nadir BOUCHAMA
02/03/2009
Laboratoire de Modélisation & d’Optimisation des SystèmesLAMOS
Routage avec Contraintes de Délaidans les MANETS
Application pour la VoIP
Séminaires du LAMOS, Université de Béjaia Nadir BOUCHAMA
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Plan de l’Exposé..
Réseaux Mobiles Ad Hoc VoIP dans les MANETS: Motivations Facteurs influant la VoIP dans les MANETs Routage avec délai Le protocole DEAN (Delay Estimation in Ad hoc Networks) Composantes du protocole Estimation du délai au niveau MAC: principe et modèles Modèle M/M/1/K : rappel Contribution Routage multi-chemins Conclusion & Perspectives
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Réseaux mobiles ad hoc
Applications:Militaire, missions de sauvetage, communications de groupes, accès Internet, etc
Caractéristiques: Liens sans fil Une topologie dynamique Ressources limitées et
volatiles (bande passante, énergie, mémoire, CPU)
Vulnérabilité aux attaques
Un réseau mobile ad hoc ou MANET (Mobile Ad hoc NETwork) est un système autonome de plateformes mobiles appelées nœuds qui peuvent se déplacer librement. Ce système peut être isolé ou avoir des passerelles ou des interfaces le reliant à un réseau fixe (Internet, ATM)
http://www.ietf.org/rfc/rfc2501.txt
GW
Internet
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Introduction….
Au début de l’apparition des réseaux mobiles ad hoc :
Le premier souci est de permettre la connectivité des noeuds
Le principe utilisé est le BEST EFFORT c’est-à-dire « AU MIEUX»
Aucune garantie de livraison des données SEND AND PRAY (envoyer et prier que ça réussisse)
Mais….pour certaines applications ce service n’est pas du tout suffisant
Exemple:
Applications multimédias, téléphonie sur IP, jeux, applications critiques, communications dans un champs de bataille, etc.
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Routage avec Délai: motivations
• On s’intéresse à la VoIP dans le contexte de gestion de catastrophes: la téléphonie est la première application demandée dans un tel contexte Ex: Imaginer un pompier ou un sauveteur qui communique par échange de messages écrits pas pratique
•Le délai est un facteur commun pour plusieurs applications multimédia
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Diagramme d’Ishikawa
Protocoles Couche réseau
Protocoles Couche MAC
ProtocolesCouches App. & Prés.
ProtocolesCouche transport
Environnement
Qualité de la VoIP
Support de QoS
Signalisation
Codecs Avec QoS?
HostilitéContrôle de congestion
Estimation des ressources
Multipath?
Disponibilités des ressources
Taux de mobilité
CAC
Modèle d’estimati
on
• C’est un diagramme qui montre les relations cause à effets• proposé en 1943 par le Japonais Kaoru Ishikawa • L’étude que nous avons menée sur quelques dizaines d’articles nous a permisd’identifier les facteurs majeurs pouvant avoir un impact sur la VOIP
Fréquenceordonnanceme
nt
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Objectifs du Routage avec QoS
Les TROIS objectifs principaux du routage avec QoS sont les suivants:
1. Déterminer dynamiquement un chemin répondant aux exigences de QoS entre une source et une destination ;
2. Optimiser les ressources du réseau (load balancing);3. Permettre une dégradation gracieuse (graceful
degradation) des performances du réseau
http://www.ietf.org/rfc/rfc2386.txt
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Positionnement
Network requirementsApplication requirements
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Protocole de routage avec QoS?
•Le routage avec QoS nécessite deux entités:•Protocole de routage (algorithme distribué): récolte et distribution des information sur les ressources;•Algorithme de routage (algorithme local) qui s’intéresse à la recherche d’un chemin faisable (resp. optimal) qui vérifie la QoS connu sous le nom du MCP (Multi Constraint Path) ou MCOP (Multi Constraint Optimal Path) resp.NP-Complet si le nombre de métriques additives 2Utiliser heuristiques
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MAC
Architecture synoptique du protocole DEAN
Estimation du délai MAC
LLC
Physique
Présentation
SessionTransport
Réseau
AODVRoutage avec QoS
Besoins en QoSApplicatio
n
CAC
File M/M/1/K
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Estimation du délai de mise en file au niveau MAC:
Question principale: Quel modèle de file d’attente utiliser pour estimer le délai au niveau du 802.11 ?
Recherche Bibliographique:
M/MMGI/1/K Ozdemir et al 2004
M/G/1 Meraihi et al, 2004 Ph.D Thesis
M/G/1/K Ozdemir et al 2004
M/M/1/K Chikh Sarr, 2007 Ph.D Thesis
G/G/1 Bisnik et al 2009
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File M/M/1/K
Nombre de clients dans la file
Taux d’utilisation du serveur
Temps de séjour dans le système
•L'arrivée de paquet suit une loi exponentielle de paramètre λ•Le taux de service suit également une loi exponentielle de paramètreµ•La taille de la file d'attente est limitée par la valeur K. •La politique d’ordonnancement est FIFO (Premier Arrivé Premier Servi)
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File M/M/1/K (suite)
Nombre moyen de clients dans le système
Comme la somme est égale au temps de service alors:
D’où:
?
(Loi de Little)
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Estimation du délai moyen de transmission
Soit p la probabilité de collision sur un lien. La probabilité de réussite de transmission au premier envoi est donc 1-pLa probabilité de réussite de transmission au 2ième envoi est p .(1-p)
Après C tentatives de transmission échouées, la trame est éliminée(Pour le 802.11 C =7 )
Soit X la variable aléatoire qui compte le nombre de tentatives pour une transmission réussie d’une trame
Nombre moyen de retransmissions pour une trame donnée:
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Délai moyen de transmission (suite et fin)
Sarr a également calculé le backoff moyen:
Enfin, on obtient:
Où:
Temps consommé dans une collision
Temps de transmission réussie d’un paquet de taille m à l’aide du 802.11
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Echange d’information
Les nœuds échangent des messages HELLO chaque intervalle de temps Δ secondes
Ces messages HELLO contient un information supplémentaire: me taux d’occupation du canal
La valeur du paramètre Δ est cruciale: grande: stabilité des résultats mais mauvais résultats en cas de
mobilité petite : trop d’overhead et de calcul mais bonne réaction à la
mobilité Les auteurs proposent: Δ = 1 seconde
Chaque nœud estime le taux d’occupation du canal à son niveau et envoie l’information dans le paquet HELLO
La taux d’occupation du canal au niveau d’un nœud est donné par: (Ts + Tr ) / Δ
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Déroulement de DEAN
Phase de
découverte de la route
Phase de
Réponse
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Organigramme proposé
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Routage avec délai vs routage multichemins
Le routage multipath peut consolider fortement le délai de bout en bout
Impact du routage multipath sur les applications multimédia dans les MANETs. PFE pour des étudiants de l’USTHB
Il s’agit notamment de voir l’impact sur le délai de bout en bout pour les application multimédia
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Conclusion & Perspectives
Un protocole de routage avec délai a été présenté Le 802.11 a été modélisé à l’aide d’une file M/M/1/K Le problème d’estimation des ressources est difficile dans les
MANETS Le problème majeur est de trouver un bon modèle d’estimation des
ressources Le routage avec QoS peut considérablement consolider la QoS de la
VoIP mais il n’est pas suffisant Utilité d’une approche holistique
PERSPECTIVES Evaluer la complexité et la consommation en énergie du modèle Comparer les performances quantitativement (sous ns2) par rapport
au routage multichemins Intégrer la solution dans un framework pour tester les performances
pour la VoIP
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