Coexistence intelligente entre les flux dans les réseaux radio multisauts

Institut de la Francophonie pour l'Informatique Coexistence intelligente entre les flux dans les rộseaux radio multisauts Rapport de stage de fin dộtudes Rộalisộ par : NGO Quang Minh Promotion XIII - IFI Sous la direction de : Isabelle GUERIN LASSOUS Professeur de l'Universitộ Lyon Hanoù, 2009 Table des matiốres Remerciements Rộsumộ Abstract Introduction .7 Problộmatique .7 Objectifs Contribution Environnement de stage I Introduction et ộtat de l'art 10 1.1 Gộnộralitộs sur les rộseaux ad hoc .10 1.2 Gộnộralitộs sur 802.11 .13 1.2.1 Accốs au mộdium radio 14 1.2.2 La mộthode d'accốs au mộdium radio CSMA/CA .15 1.2.3 Point Coordination Function (PCF) 16 1.3 Travaux concernộ la cohabitation de trafics QoS et Best Effort .16 II Mộthode proposộe .21 2.1 Idộes utilisộes .21 2.2 Estimation de la bande passante rộsiduelle 21 2.3 Algorithme d'allocation du dộbit des flux Best Effort .22 2.2 Rộgulation du dộbit des flux Best Effort 23 2.2.1 Rộduction du dộbit des flux Best Effort 23 2.2.2 Augmentation du dộbit des flux Best Effort 26 III Implộmentation et analyse des rộsultats 27 3.1 Difficultộs d'implộmentation .27 3.2 Rộsultats de simulation 27 3.2.1 Scộnario simple de paires 28 3.2.2 Scộnario de trois paires 30 3.2.3 Topologies alộatoires 31 3.2.4 Taux d'acceptation des flux QoS 35 3.2.5 Evaluation de partage de la bande passante entre les flux Best Effort .36 Conclusion .38 Rộfộrences .39 Remerciements Je tiens a remercier Mme Isabelle GUERIN LASSOUS, professeur l'Universitộ Lyon 1, qui est mon superviseur et c'est un honneur pour moi d'ờtre son ộtudiant C'est avec un rộel plaisir que je repense aux moments durant lesquels nos incessantes rộunions ont fait progresser pas a pas mon stage Mờme s'il n'apprộcie pas particuliốrement les grandes phrases et les ộgoles, je souhaite le remercier pour ses conseils, sa disponibilitộ et surtout son amitiộ Elle m'a toujours aidộ dans les moments difficiles et m'a guidộ dans la bonne direction dans mon travail Ma reconnaissance sadresse aussi aux professeurs lInstitut de la Francophonie pour lInformatique (IFI) Leurs cours mont apportộ des connaissances et des suggestions qui sont utiles pour mon mộmoire Finalement, jexprime mon entiốre reconnaissance ma famille et mes amis pour leur soutien, leur aide et leurs encouragements Sans leur aide, je naurais pas pu achever ce mộmoire Rộsumộ De maniốre native, les rộseaux ad hoc ne fournissent pas de mộcanismes afin de garantir une certaine qualitộ de service Par consộquent, les recherches dans ce domaine ont suscitộ un intộrờt particulier ces derniốres annộes Cependant, quelques protocoles de qualitộ de service ont ộtộ proposộs pour ces rộseaux La majeure partie de ces solutions considốrent que le rộseau ne contient que des flux qui ont besoin de garanties Trốs peu de solutions sintộressent la coexistence des flux garantis avec des flux best effort Or assurer une telle coexistence a de nombreux avantages, comme par exemple, un meilleur taux dacceptation des flux garantis ou une meilleure utilisation du rộseau Dans ce rapport, nous proposons une solution qui permet un partage relativement ộquitable entre les flux best effort tout en nayant pas dimpact sur les flux nộcessitant une certaine qualitộ de service dans des rộseaux ad hoc basộs sur la norme IEEE 802.11 A travers les simulations, nous comparons notre solution avec dautres techniques destimation comme AODV, ABE et DRBT Mots-clộs : Coexistence des flux, Rộseaux ad hoc, IEEE 802.11, Qualitộ de service Abstract Natively, ad hoc networks not provide mechanisms to ensure a certain quality of service Therefore, research in this area have attracted interest in recent years However, some protocols quality of service have been proposed for these networks Most of these solutions consider that the network contains only flows that require guaranteed Very few solutions are interested in the coexistence of guaranteed flows with best effort flows But providing such coexistence has many advantages, for example, a better acceptance rate of guaranteed flow or a better network utilization In this report we propose a solution that allows a relatively equitable sharing between best effort flows without impact on flows which require a certain quality of service in ad hoc networks based on IEEE 802.11 Through simulations, we compare our solution with other estimation techniques such as AODV, ABE and DRBT Keywords: Coexistence des flux, Rộseaux ad hoc, IEEE 802.11, Qualitộ de service Liste des figures et des tableaux Figure 1: Mộcanisme d'esquive de collission du CSMA/CA 13 Figure 2: Scộnario simple de deux flux (source [9]) .26 Figure 3: La somme totale des dộbits des flux Best Effort 31 Figure 4: La somme totale des dộbits des flux Best Effort 33 Table 1: Paramốtres d'expộriences 26 Table 2: Rộsultat de scộnario de deux paires 27 Table 3: Rộsultat de scộnario de trois paires 28 Table 4: Paramốtres des flux CBR pour le test alộatoire .29 Table 5: Rộsultat de scộnario alộatoire 30 Table 6: Paramốtres des flux pour le test alộatoire avec les flux BE TCP 31 Table 7: Rộsultat de scộnarios alộatoire avec les flux BE TCP .32 Table 8: Taux d'acceptation des flux QoS pour les tests alộatoires .34 Table 9: Tableau de l'indice de Jain pour le test alộatoire avec flux BE CBR .35 Introduction Problộmatique Un rộseau ad hoc est un rộseau d'appareils mobiles sans fil Au contraire des rộseaux cellulaires bien connus comme le GSM [1], les rộseaux ad hoc sont des rộseaux autonomes ne possộdant aucune infrastructure fixe Les recherches actuelles sur les rộseaux ad hoc concernent essentiellement le routage, la gestion de l'ộnergie, les protocoles MAC, la sộcuritộ, la qualitộ de service L'absence d'une gestion centralisộe des communications dans ce contexte ad hoc rend difficile le partage des ressources entre les diffộrents flux Etant donnộes les performances de ces rộseaux, il semble utile de diffộrencier les applications : celles qui exigent des garanties en terme de bande passante, de dộlai ou d'une mộtrique quelconque, communộment appelộs flux QoS, et d'autres qui sont beaucoup plus tolộrantes la dộgradation de leurs ressources appelộes applications Best Effort Pour les rộseaux ad hoc, beaucoup de travaux se sont essentiellement concentrộs sur la garantie de ressources pour les applications QoS sans se soucier de la prộsence des flux Best Effort ou sans optimiser la gestion des flux Best Effort Quelques protocoles de qualitộ de service ont ộtộ proposộs pour ces rộseaux La majeure partie de ces solutions considốrent que le rộseau ne contient que des flux qui ont besoin de garanties Trốs peu de solutions s'intộressent la coexistence des flux garantis avec des flux best effort Or assurer une telle coexistence a de nombreux avantages, comme par exemple, un meilleur taux d'acceptation des flux garantis ou une meilleure utilisation du rộseau Les solutions actuelles qui s'intộressent ce type de problốme sont peu satisfaisantes Soit elles ne sont pas en mesure d'offrir de bonnes garanties pour les flux ayant besoin de QoS, soit elles ont une approche trop conservative pour les flux best effort qui pourraient avoir des dộbits meilleurs sans toutefois gờner les flux garantis Objectifs Le but de ce stage est d'amộliorer la coexistence entre les flux garantis et les flux best effort en mettant au point une solution capable de garantir un partage relativement ộquitable entre les flux best effort tout en n'ayant pas d'impact sur les flux nộcessitant une certaine qualitộ de service Nous supposerons que les rộseaux radio multisauts utilisent la technologie sans fil IEEE 802.11 [2] Contribution Dans ce contexte mon travail a compris des tõches suivantes : Recherche bibliographique sur les travaux antộrieurs Portage des programmes des protocoles ABE [10], DRBT [9] de NS 2.27 NS 2.33 [12] Proposition de nouvelles stratộgies entre les flux Best Effort et les flux QoS Implộmentation de la nouvelle solution sur le simulation NS2.33 Expộrimentation et test du programme Analyse des rộsultats Nous avons proposộ une nouvelle solution d'amộliorer la coexistence entre les flux garantis et les flux best effort, cette solution permet de garantir un partage relativement ộquitable entre les flux best effort tout en n'ayant pas d'impact sur les flux QoS Nous avons intộgrộ l'allocation de dộbit utilisant un algorithme de Lagrangienne dans le protocole DRBT pour avoir les dộbits optimales des flux Best Effort Ce nouveau protocole est implộmentộ dans NS et donne de bons rộsultats par rapport aux protocoles AODV, ABE et DRBT Environnement de stage Mon stage a ộtộ rộalisộ au Dộpartement dIngộnierie Informatique d'Universitộ Claude Bernard Lyon et au laboratoire LIP (Laboratoire de l'Informatique du Parallộlisme) d'ENS Lyon en France du Mars 2009 au 31 Novembre 2009 Tout au long de mon stage, je travaille sous la direction de Mme Isabelle Guộrin-Lassous J'ai aussi participộ aux activitộs de recherche comme les sộminaires Le reste du document est organisộ de la maniốre suivante Le premier chapitre prộsente briốvement les rộseaux ad hoc ansi que les principaux problốmes gộnộralement rencontrộs dans ce type de rộseau Nous discutons aussi des diffộrents techniques utilisộes dans les protocoles de qualitộ de service pour les rộseaux ad hoc Dans le deuxiốme chapitre nous proposons notre protocole capable de mieux dộgrader le dộbit des flux non privilộgiộs afin d'augmenter le taux d'acceptation des flux avec qualitộ de service Cette dộgradation est une combinaison de la mộthode utilisộe pour le protocole DRBT et la technique d'allocation de dộbit utilisộe dans Profiterole [11] Le troisiốme chapitre a pour but de prộsenter nos expộrimentations et les rộsultats obtenus par cette nouvelle solution comparộe aux approches existants Enfin, le dernier chapitre conclut ce stage en donnant des perspectives ce travail Avant de rentrer dans le cur du document, il est important de noter que toutes les solutions proposộes dans cette thốse reposent sur une version de 802.11 non modifiộe I Introduction et ộtat de l'art Dans ce chapitre, nous prộsentons les rộseaux ad hoc pour comprendre les phộnomốnes susceptibles de perturber les solutions de QoS Ensuite nous prộsentons les mộcanismes et les problốmes liộs au routage et enfin nous discutons briốvement des travaux antộrieurs pour mettre en place de la qualitộ de service dans un contexte ad hoc 1.1 Gộnộralitộs sur les rộseaux ad hoc Dans les rộseaux ad hoc, chaque nud peut aussi bien jouer le rụle d'ộmetteur (initiateur de la communication), de routeur (relayage des informations vers d'autres mobiles) que de destinataire (rộception et traitement des informations) La connectivitộ doit ờtre prộservộe autant que possible en cas de changement de topologie (suite l'apparition, la disparition ou aux mouvements de certains nuds) sans intervention humaine Le mộdium ou canal radio, partagộ par tous les nuds, est une ressource rare qui constitue un des points critiques des rộseaux ad hoc : Une attộnuation rapide du signal en fonction de la distance qui induit l'impossibilitộ pour l'ộmetteur de dộtecter une collision au moment de l'ộmission L'environnement peut aussi dộtộriorer un signal cause des phộnomốnes d'attộnuation et de rộflexion ou de chemins multiples Les interfộrences : les liens radio n'ộtant pas isolộs, une communication entre deux mobiles peut interfộrer sur d'autres communications rendant le dộcodage des informations parfois impossible Liens bidirectionnels : les liens radio ne sont pas toujours bidirectionnels Ainsi un mobile peut recevoir des donnộes de la part d'un autre mobile sans que la rộciproque soit vraie Ce phộnomốne pose un problốme dans le processus de dộcouverte de route car lorsqu'un chemin est crộộ, les informations de rộponse ne peuvent pas toujours emprunter le chemin inverse, nộcessitant la construction d'une nouvelle route Ce phộnomốne pose aussi un problốme dốs lors qu'on utilise des ộchanges point--point avec 802.11 puisque ces ộchanges ne peuvent fonctionner que sur des liens bidirectionnels La puissance du signal est rộglementộe par l'ART (Autoritộ de rộgulation des tộlộcommunications) et donc limitộe Un faible dộbit par rapport un ộquivalent filaire 10 2.2.2 Augmentation du dộbit des flux Best Effort Lorsquun flux QoS arrờte sa transmission ou se dộplace dans une autre zone de communication, tous les flux Best Effort ayant rộduit leur dộbit, cause de la prộsence de ce flux QoS, peuvent augmenter leur dộbit jusqu la valeur initiale Cette augmentation permet dutiliser de maniốre optimale et dynamique les ressources disponibles qui se libốrent dans le rộseau Pour atteindre cet objectif nous rộutilisons les paquets Hello Chaque nud transportant un flux QoS stocke, dans ces paquets Hello, des informations sur lidentitộ de ce flux, la valeur de la bande passante rộsiduelle diffộrenciộe, la valeur n du voisinage de ce nud Quand un flux QoS arrờte de transmettre ou libốre de la bande passante, ce changement dộtat est indiquộ au niveau des paquets Hello Lộmetteur du flux Best Effort qui se trouve dans le voisinage du flux QoS est en mesure dintercepter ces paquets Hello indiquant quun flux QoS a libộrộ de la bande passante Les noeuds de ce flux vont ensuite calculer la valeur f du flux Best Effort Cette valeur va ờtre envoyộe la source du flux par les paquets unicast price message Chaque noeuds de la route va mettre jours la valeur n Les nouvelles informations vont ờtre utilisộes pour re-calculer f et cette valeur est diffusộe tous les noeuds du flux par les messages broadcast price message Finalement, le flux Best Effort peut augmenter son dộbit en fonction de la nouvelle valeur de la bande passante disponible 26 III Implộmentation et analyse des rộsultats 3.1 Difficultộs d'implộmentation Comme on le sait, une partie trốs importante de ce stage est d'ộtudier ce qu'on a fait dans les deux protocoles ABE, DRBT et de faire les marcher dans un nouvel environnement NS 2.33 afin d'avoir des rộsultats pour comparer avec notre protocole Pour le portage du code d'ABE et DRBT de NS 2.27 NS 2.33, nous avons eu des difficultộs comme les problốmes de changement de la compilateur gcc Dans ces deux protocoles, pour les calculs on utilise les valeurs fixộes comme la valeur dộbit maximal ou les seuils pour les deux files d'attente au niveau LL Les changements de nouvel environnement NS 2.33 causent aussi des erreurs comme ô Handoff Attempt ằ quand on lance la simulation, cette erreur vient de changement des valeurs RXThresh_ , CSThresh_ et le numộro des nuds En plus, dans le code de ABE et DRBT, les auteurs ont fixộ les paramốtres Il faut les modifier pour qu'on puisse faire des testes avec la capacitộ du mộdium de diffộrent dộbit Un grand problốme est que les programmes ne marche plus si la simulation devient trop grande, c'est--dire le problốme des ressources Si il y a trop de nuds et flux, le programme marche lentement et s'arrờte 3.2 Rộsultats de simulation Nous prộsentons ensuite dans ce chapitre les performances de notre protocole de rộgulation dynamique du dộbit des flux Best Effort Nous nous plaỗons dans un contexte ad hoc multisaut Nous avons utilisộ le simulateur NS-2 afin dộtudier les performances de notre approche Nous comparons les rộsultats obtenus avec trois autres protocoles : Le protocole au mieux AODV qui fournit un routage basique sans contrụle dadmission Le protocole ABE dont la comparaison va nous permettre de voir quel est lapport dune diffộrentiation de flux lorsquon rộgule le dộbit des communications Best Effort Le protocole DRBT que nous avons amộliorộ La premiốre topologie ộtudiộe permet de comprendre le fonctionnement de base de notre 27 protocole, puis nous gộnộrons par la suite des scộnarios alộatoires plus complexes Voici la table des paramốtres utilisộes dans nos expộriences NS version 2.33 Physical rate 2Mbps Tranmission range 250m Carrier range 550m sensing Grid size 1000m x 1000m Radio propagation model TwoRayGround Trafic CBR/UDP/TCP Packet size 1000bytes Time of simulation 50s Table 1: Paramốtres d'expộriences 3.2.1 Scộnario simple de paires Ce premier scộnario basique est constituộ de deux paires de nuds se trouvant dans la mờme zone de communication Il nous permet de valider le mộcanisme de diffộrenciation et de rộgulation des flux Il y a deux flux CBR A t = 1s, le nud A ộmet vers B un flux Best Effort de dộbit 1000 Kb/s Quatre secondes plus tard, le mobile C cherche envoyer un flux QoS de dộbit ộquivalent destination de D, comme indiquộ sur la figure ci-dessous A la date t = 30s, le flux QoS sarrờte tandis que la simulation dure 50s Figure 2: Scộnario simple de deux flux (source [9]) Voici le rộsultat pour le protocole AODV, ABE, DRBT et notre protocole : 28 Illustration 1: AODV Illustration 2: ABE Illustration 3: DRBT Illustration 4: Notre approche Table 2: Rộsultat de scộnario de deux paires En regardant les rộsultats, on constate que pour le protocole AODV, aucune diffộrenciation des flux nest ộtablie Par consộquent lintroduction du second flux QoS va engendrer un partage des ressources avec le premier flux Best Effort introduit dans le rộseau A partir de la date t = 30 s, larrờt du flux QoS permet au flux Best Effort de retrouver son dộbit initial Lorsque le protocole ABE est activộ, le contrụle dadmission du flux QoS ộchoue parce que la bande passante est consommộe par les ộmissions du flux Best Effort Le flux QoS nest donc pas introduit dans le rộseau et seul le flux Best Effort est ộmis Le protocole DRBT se dộroule en deux grandes phases Durant la premiốre phase, de t = 5s t = 30s, le dộbit du flux Best Effort est dộgradộ jusqu un dộbit denviron 500 Kb/s Cette dộgradation permet au flux QoS dộmettre au dộbit dộsirộ de 1000 Kb/s Durant la seconde phase, lorsque le flux QoS est arrờtộ ( partir de t = 30s), le dộbit du flux Best Effort est 29 rộtabli jusqu sa valeur initiale de 1000 Kb/s Il n'y a pas de diffộrence entre le rộsultat de DRBT et celui de notre approche parce que c'est un simple scộnario dans lequel il n'y a qu'un seul flux Best Effort On voit clairement que la diffộrenciation de flux permet de privilộgier lộmission des flux QoS sur les flux Best Effort 3.2.2 Scộnario de trois paires Le deuxiốme scộnario est constituộ de trois paires de nuds se trouvant dans la mờme zone de communication Il nous permet de valider le mộcanisme de rộgulation des flux Best Effort Il y a trois flux CBR A t = 1s, le nud A ộmet vers B un flux Best Effort de dộbit 700Kbps Quatre secondes plus tard, le mobile C cherche envoyer un flux Best Effort de dộbit 500Kbps ộquivalent destination de D A t=10s, le nud E dộmarre vers F un flux QoS de dộbit 1M La simulation dure 50s Illustration 5: AODV Illustration 6: ABE Illustration 7: DRBT Illustration 8: Notre protocole Table 3: Rộsultat de scộnario de trois paires 30 Pour le protocole AODV, lintroduction du flux QoS va engendrer un partage des ressources avec les deux flux Best Effort Tandis que pour le protocole ABE, le contrụle dadmission du flux QoS ộchoue parce que la bande passante est consommộe par les ộmissions des flux Best Effort Le flux QoS nest donc pas introduit dans le rộseau et seul le deux flux Best Effort est ộmis Pour le protocole DRBT, lorsque le flux QoS dộmarre, le dộbit de deux flux Best Effort diminue pour que le flux QoS puisse ờtre acceptộ Cette dộgradation permet au flux QoS d'ộmettre au dộbit de 1000Kbps Deux flux Best Effort partagent la bande passante rộsiduelle Notre protocole donne le meilleur rộsultat oự le flux QoS est ộmis au dộbit dộsirộ 1000Kbps et les deux flux Best Effort partagent ộquitablement la bande passante disponible La sol donne des dộbits plus stables que DRBT 3.2.3 Topologies alộatoires Lộvaluation des performances dun protocole sur des topologies alộatoires permet de mieux caractộriser le comportement du protocole dans des situations totalement imprộvisibles Ainsi, nous disposons alộatoirement 10 nuds dans un carrộ de 1000m ì 1000m Nous dộmarrons quatre connexions CBR, dont trois connexions de type Best Effort et une connexion de type QoS Le tableau ci-dessous reprộsente les dộbits dộsirộs par chacune des connexions Pour chacune des ces transmissions, une source choisit alộatoirement une destination vers laquelle elle route ses informations La destination peut ne pas ờtre dans la zone de communication de lộmetteur, nộcessitant dans ce cas un routage multisaut Le dộmarrage des flux est espacộ de s et la simulation dure 50 s Flux Type Dộbit dộsirộ Date d'ộmission CBR1 BE 390 CBR2 BE 292 10 CBR3 BE 289 15 CBR4 QoS 470 20 Table 4: Paramốtres des flux CBR pour le test alộatoire Voici le rộsultat reỗu avec chaque protocole : 31 Illustration 9: AODV Illustration 10: ABE Illustration 11: DRBT Illustration 12: Notre protocole Table 5: Rộsultat de scộnario alộatoire Les rộsultats prộsentộs montrent quavec le protocole AODV, un partage des ressources dans le rộseau est effectuộ ce qui empờche le flux QoS datteindre le dộbit dộsirộ Cette situation conduit rapidement une congestion du rộseau entraợnant parallốlement des cassures de routes et des reconstructions frộquentes Avec le protocole ABE, les trois premiers flux Best Effort se partagent les ressources au niveau du mộdium radio Par la suite, la phase de contrụle dadmission du flux QoS estime quil ny a pas assez de bande passante pour pouvoir les acheminer au dộbit dộsirộ Par consộquent, seuls les trois flux Best Effort sont ộmis travers le rộseau Linconvộnient du protocole ABE provient du fait quaucune diffộrenciation nest effectuộe entre les flux Best Effort et QoS Avec le protocole DRBT, on estime la bande passante maximale allouer au flux Best Effort, ce qui permet de garantir au flux QoS une transmission stable sans dộgradation de leur dộbit 32 Avec notre protocole, on obtient presque le mờme rộsultat de DRBT sauf que les dộbits des flux Best Effort sont peu dộgradộs Pour mieux comparer nous avons tracer la somme totale des dộbits des flux BE pour DRBT et le nouveau protocole Figure 3: La somme totale des dộbits des flux Best Effort On voit que la somme totale des dộbits des flux Best Effort pour le nouveau protocole est meilleure que celle de DRBT Nous avons fait le test avec les flux TCP pour les flux Best Effort Flux Type Dộbit dộsirộ CBR1 TCP CBR2 TCP 10 CBR3 TCP 15 CBR4 QoS 470 Date d'ộmission 20 Table 6: Paramốtres des flux pour le test alộatoire avec les flux BE TCP Et voici le rộsultat reỗu avec quatre protocoles 33 Illustration 13: AODV Illustration 14: ABE Illustration 15: DRBT Illustration 16: Notre protocole Table 7: Rộsultat de scộnarios alộatoire avec les flux BE TCP Encore une fois avec le protocole AODV un partage des ressources dans le rộseau est effectuộ ce qui empờche les flux QoS datteindre le dộbit dộsirộ Avec le protocole ABE, les trois premiers flux Best Effort se partagent les ressources au niveau du mộdium radio Par la suite, la phase de contrụle dadmission des deux flux QoS estime quil ny a pas assez de bande passante pour pouvoir les acheminer au dộbit dộsirộ Par consộquent, seuls les trois flux Best Effort sont ộmis travers le rộseau Nous constatons qu'avec le protocole DRBT et avec notre protocole, le flux QoS est tranmis sans dộgradation de leur dộbit Toutefois les flux Best Effort sont trốs dộgradộs parce le dộbit des flux TCP sont variant La somme totale des dộbits des flux BE pour DRBT et le nouveau protocole 34 Figure 4: La somme totale des dộbits des flux Best Effort Encore une fois, on voit que la somme totale des dộbits des flux Best Effort pour le nouveau protocole est meilleure que celle de DRBT La diffộrence est plus claire aprốs l'ộmis du flux QoS 3.2.4 Taux d'acceptation des flux QoS Pour ộvaluer le taux dacceptation des flux QoS nous rộutilisons la mộtrique dộfini Un flux QoS admis correctement est un flux QoS nayant pas subi plus de 5% de dộgradation de son dộbit lors de sa transmission Cette situation implique donc que lestimation de la bande passante rộsiduelle diffộrenciộe et la phase de contrụle dadmission sont fiables Nous avons procộdộ des simulations pour estimer la valeur du paramốtre Le nombre de nuds dans le rộseau considộrộ varie de 10 40 et sont positionnộs alộatoirement Dix connexions, dont cinq Best Effort (CBR ou TCP) et cinq QoS (CBR) sont ộtablies entre des nuds source et destination choisis alộatoirement Les dộbits sont distribuộs uniformộment dans lintervalle [0-200] Kb/s Chaque simulation dure 100 secondes et les rộsultats prộsentộs constituent la moyenne de 30 simulations pour un nombre de nuds dộfini 35 Illustration 17: avec les flux Best Effort CBR Illustration 18: avec les flux Best Effort TCP Table 8: Taux d'acceptation des flux QoS pour les tests alộatoires Les figures reprộsentent la valeur du paramốtre en fonction du protocole utilisộ De maniốre ộvidente, plus le rộseau devient dense, plus le taux dacceptation des flux QoS diminue car la bande passante rộsiduelle des liens devient plus faible Dans tous les cas, DRBT et notre protocole ont le mờme taux d'acceptation des flux QoS C'est normal parce que notre protocole s'intộresse seulement aux flux Best Effort Lorsque le rộseau est peu dense (entre 10 et 20 nuds), le taux dacceptation est relativement ộlevộ pour DRBT et notre protocole (68%) Cependant, lorsque le rộseau est moyennement dense (entre 20 et 30 nuds), le taux dacceptation des flux QoS de tous les protocoles commencent diminuer Toutefois le protocole DRBT et Profiterole sont encore acheminer jusqu 61% des flux QoS prộsents Enfin, lorsque le rộseau est trốs dense (entre 30 et 40 nuds), la bande passante rộsiduelle des liens devenant trốs faible, une diminution du dộbit des flux Best Effort est insuffisante pour garantir les ressources au flux QoS Cependant avec DRBT, 20% des flux QoS sont encore acheminộs 3.2.5 Evaluation de partage de la bande passante entre les flux Best Effort Pour ộvaluer l'ộquitộ de partager la bande passante entre les flux Best Effort nous avons rộutilisộ le test alộatoire ci-dessus pour estimer la valeur de l'indice de Jain ou la distribution cumulộe des dộbits La valeur de l'indice de Jain est calculộe par la formule : 36 xi N x 2i ; i=1 N Si la valeur est ộgale 0, le partage n'est pas du tout ộquitable tandis que si la valeur est ộgale 1, le partage est totalement ộquitable Voici le tableau pour le test alộatoire prộcộdent avec les trois flux Best Effort CBR de 390Kbps, 292Kbps, 289Kbps : Nombre de noeuds AODV ABE DRBT Notre protocole 10 0.24 0.27 0.29 0.55 20 0.27 0.31 0.33 0.61 30 0.19 0.23 0.26 0.48 40 0.11 0.16 0.17 0.22 Table 9: Tableau de l'indice de Jain pour le test alộatoire avec flux BE CBR Nous constatons que notre protocole donne la meilleure valeur, c--d la plus grande valeur de l'indice de Jain Cela montre que les flux Best Effort partagent ộquitablement la bande passante disponible Et plus le rộseau devient dense, plus le taux dộquitộ diminue 37 Conclusion Dans ce rapport de stage, nous avons proposộ une nouvelle solution d'amộliorer la coexistence entre les flux garantis et les flux best effort, cette solution permet de garantir un partage relativement ộquitable entre les flux best effort tout en n'ayant pas d'impact sur les flux QoS C'est une combinaison de la mộthode utilisộe pour le protocole DRBT et la technique d'allocation de dộbit utilisộe dans Profiterole L'idộe principale dộveloppộe est d'ajouter une partie au niveau de la couche de routage pour calculer les dộbits optimales des flux Best Effort en utilisant un algorithme de Lagrangienne Nous avons implộmentộ ce protocole dans NS et obtenu de bons rộsultats par rapport aux protocoles AODV, ABE et DRBT Cependant, il nous reste encore des autres questions rộpondre dans le mờme sujet comme : L'impact du protocole proposộ sur des profils de trafics diffộrents des trafics CBR utilisộs principalement dans toutes les simulations Si TCP devient un protocole de transport utilisộ dans les rộseaux ad hoc, ce qui n'est pas si sỷr, il faudra alors intộgrer son fonctionnement dans l'ộvaluation des ressources comme nous l'avons fait avec 802.11 L'impact du nouveau protocole sur des trafics avec des paquets de taille diffộrente Pour conclure, nous pensons que notre protocole utilise des messages explicites pour communiquer entre les nuds et ceci cause un rộsultat approximatif, c'est--dire un impact intrusive du rộseau C'est mieux si on peut communiquer sans utilisation de ces messages 38 Rộfộrences [1] Mobile Ad hoc Network (MANET), IETF http://www.ietf.org/html.charters/manetcharter.html [2] IEEE Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 11 : Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 1997 [3] http ://www.ieee802.org/3/ IEEE 802.3 CSMA/CD (Ethernet) [4] Claude Chaudet et Isabelle Guộrin-Lassous Routage QoS et rộseaux ad hoc : de l'ộtat des liens l'ộtat de noeud Technical report, INSA Lyon, Janvier 2003 [5] Claude Chaudet Autour de la rộservation de bande passante dans les rộseaux ad hoc PhD thesis, Institut National des Sciences Appliquộes de Lyon (INSA), 2004 [6] K Nahrstedt, S H Shah, and K Chen Cross-layer architectures for bandwidth management in wireless networks In Resource Management in Wireless Networking, NewYork (USA), 2005 [7] Dominique Dhoutaut Etude du standard IEEE 802.11 dans le cadre des rộseaux ad hoc : de la simulation l'expộrimentation PhD thesis, INSA de Lyon, Laboratoire CITI, Dộcembre 2003 [8] Fethi Filali Towards a fully distributed QoS-aware MAC protocol for multihop wireless networks In IWWAN 2005, International Workshop on Wireless Ad-hoc Networks, May 23rd - 26th 2005, London, UK, May 2005 [9] Cheikh Sarr and Isabelle Guộrin Lassous Gestion dynamique de la bande passante dans les reseaux ad hoc multi-sauts [10] Cheikh Sarr, Claude Chaudet, Guillaume Chelius and Isabelle Guộrin Lassous Bandwidth Estimation for IEEE 802.11-based Ad Hoc networks IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING, VOL X, NO X, APRIL 2007 [11] Rộmi Vannier Isabelle Guộrin Lassous Towards a Practical and Fair Rate 39 Allocation for Multihop Wireless Networks based on a Simple Node Model [12] The Network Simulator ns-2 http://www.isi.edu/nsnam/ns/ 40 [...]... se concentrent essentiellement sur les flux QoS et ne considèrent pas la cohabitation entre flux QoS et Best Effort L'approche récemment proposé dans le DRBT s'intéresse à la coexistence des flux garantis avec des flux Best Effort Toutefois l'allocation des débits des flux Best Effort très conservative car DRBT suppose que tous les flux Best Effort voisins d'un flux QoS partagent le médium radio Or... proposées, il nous a semblé pertinent de les intégrer dans des protocoles de routage avec qualité de service, comme nous le verrons par la suite C'est pourquoi je les présente ici Concernant les protocoles de routage dans les réseaux ad hoc, il y a quatre grandes catégories : les protocoles proactifs, réactifs, hybrides et géographiques Premièrement, les protocoles de routage proactifs maintiennent à... disponible entre les flux Best Effort Cet algorithme est implémenté au niveau de la couche IP Comme le protocole DRBT, il faut faire communiquer les couches entre elles, c'est-à-dire les informations nécessaires doivent transiter à contrôle travers les couches par des paquets de contrôle Pour les paquets de contrôle, nous utilisons les paquets de contrôle classiques dans la plupart des protocoles de routage... différenciation entre les paquets QoS et les paquets Best Effort Une différenciation entre les flux QoS et Best Effort doit permettre une meilleure utilisation de la bande passante pour les flux QoS Cette différenciation s’effectue au niveau MAC et consiste à ne mesurer que l’occupation médium des paquets QoS durant la phase d’écoute du support radio et à ne pas prendre en compte les flux Best Effort dans cette... permet d’instaurer une bonne cohabitation entre les flux QoS et les flux Best Effort Cette différenciation est réalisée au niveau MAC et ne mesure que l'occupation médium des paquets QoS durant la phase d'écoute du support radio Dans DRBT, la régulation du débit des flux Best Effort se déroule en deux étapes : – Réduire le débit des flux Best Effort lorsqu’un nouveau flux QoS désire transmettre et ne trouve... place un réseau radio multisaut, puisque la communication dans ce mode ne permet un échange de données qu 'entre mobiles à portée de communication mais aucunement entre mobiles distants Pour faire communiquer des mobiles distants dans un réseau radio multisaut, il est nécessaire de mettre en place un protocole e routage au-dessus de ce mode fourni par 802.11 13 1.2.1 Accès au médium radio 802.11 propose... d'étudier ce qu'on a fait dans les deux protocoles ABE, DRBT et de faire les marcher dans un nouvel environnement NS 2.33 afin d'avoir des résultats pour comparer avec notre protocole Pour le portage du code d'ABE et DRBT de NS 2.27 à NS 2.33, nous avons eu des difficultés comme les problèmes de changement de la compilateur gcc Dans ces deux protocoles, pour les calculs on utilise les valeurs fixées comme... l’introduction du flux QoS va engendrer un partage des ressources avec les deux flux Best Effort Tandis que pour le protocole ABE, le contrôle d’admission du flux QoS échoue parce que la bande passante est consommée par les émissions des flux Best Effort Le flux QoS n’est donc pas introduit dans le réseau et seul le deux flux Best Effort est émis Pour le protocole DRBT, lorsque le flux QoS démarre,... avec les flux Best Effort CBR Illustration 18: β avec les flux Best Effort TCP Table 8: Taux d'acceptation des flux QoS pour les tests aléatoires Les figures représentent la valeur du paramètre β en fonction du protocole utilisé De manière évidente, plus le réseau devient dense, plus le taux d’acceptation β des flux QoS diminue car la bande passante résiduelle des liens devient plus faible Dans tous les. .. réduire le débit des flux Best Effort si nécessaire On n’utilise que les paquets classiques tels que les RREQ et RREP que l’on retrouve dans la plupart des protocoles de routage réactifs Ainsi, pour chaque nouvelle transmission d’un flux QoS, un paquet de RREQ est envoyé au préalable afin de réserver les ressources ainsi que le paquet de réponse RREP correspondant Les informations stockés dans ces paquets