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4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP’2007 03-04 November 2007

Modélisation par les groupes d’un réseau sans fil Ad-Hoc

1Nacéra Benaouda, 2H. Guyennet, 2A.Hammad, 1A.H. Benaouda et 1M. Mostefai 1Laboratoire d'Automatique, Faculté des Sciences de l’Ingénieur, Sétif, Algérie

2Laboratoire d'Informatique de Franche comté, Besançon, France 1{nacbenaouda, ahbenaouda, mostefai} @ univ-setif.dz

2{guyennet, hammad} @ lifc.univ-fcomte.fr

Résumé- Nous présentons dans cet article, une approche de

modélisation par les groupes d'un réseau sans fil ad hoc. Notre démarche consiste à définir un algorithme permettant de donner au réseau Ad hoc une structure de groupes hiérarchisés de niveau deux. Notre Algorithme se fait en trois étapes : initialement une formation de groupes basée sur le critère localisation géographique et mobilité. En deuxième lieu l'élection d'un leader pour chaque groupe et enfin l'élection d'un superleader pour tout le réseau. Cela permet d'améliorer la qualité de service dans le réseau en optimisant les protocoles de communication.

Mots clés: réseau Ad hoc, auto-organisation, qualité de service, groupes.

I. INTRODUCTION

L'informatique distribuée est devenue aujourd'hui un choix irréversible. Cela est dû, d'une part à la distribution géographique naturelle des données et des utilisateurs, et d'autre part à l'évolution des NTIC qui offrent des outils facilitant la réalisation et l'accès aux applications distribuées. Avec l'évolution de la technologie du sans fil, un confort supplémentaire a été ajouté. Un grand nombre d'utilisateurs souhaitent que leurs applications distribuées soient implémentées sur des réseaux sans fil, et particulièrement Ad hoc pour être indépendants de toute infrastructure filaire. Ceci rend l'exploitation de leurs applications plus facile, plus efficace, moins coûteuse et donc plus rentable. Dans le cadre de la réalisation d'une application de e-maintenance industrielle [4][9], utilisant entre autres, des réseaux ad hoc constitués de différents matériels (Pda, Téléphones portables, Pc portables, …), nous proposons une approche de modélisation par les groupes de ce type de réseaux. Ceci consiste à définir un algorithme de clustérisation utile pour des raisons de qualité de service, une stratégie d'auto organisation, ainsi que les différents protocoles de gestion du réseau. Notre article comporte deux parties :. − Présentation théorique des outils et notions utilisés avec

en particulier les réseaux sans fil ad hoc, les techniques autour de l'organisation, l'auto organisation ainsi que les groupes dans les systèmes distribués.

− Notre contribution proprement dite. Elle comporte : un algorithme de clusterisation des réseaux sans fil ad hoc. Les protocoles de gestion du réseau, tolérance aux pannes ainsi que quelques paramètres permettant le contrôle de performance du réseau.

II. LES RESEAUX SANS FIL AD HOC

Ce type de réseaux est appelé généralement MANET

(Mobile Ad hoc NETwork) ou spontanés. Sur le plan structure, un réseau ad hoc est composé d'un ensemble d'unités mobiles appelées noeuds qui sont libres de se déplacer sans contrainte.

Ce système de nœuds mobiles peut fonctionner d'une manière isolée ou s'interfacer à des réseaux fixes au travers de passerelles. Dans ce dernier cas, un réseau ad hoc est un réseau d'extrémité.

De façon formelle, un MANET peut être modélisé par un graphe ),( ttt EVG = avec tV l'ensemble des noeuds du réseau et t l'ensemble des connections entre ces noeuds. Si u et v appartiennent à . tV et appartient à t alors Les noeuds u et v peuvent communiquer directement à l'instant t.

E),( vue = E

Les noeuds Ad hoc qui sont à portée radio les uns des autres peuvent communiquer directement. Les autres noeuds utilisent le routage pour acheminer leurs messages à destination.

Le modèle de communication des réseaux ad hoc est basé sur le médium radio et peut être caractérisé par un modèle half-duplex , 1-port réception, ∆-port émission, half duplex signifie qu'une interface radio ne peut émettre et recevoir en même temps ; 1-port réception signifie qu'elle ne peut recevoir d'information que de la part d'un correspondant à la fois ; et ∆-port émission signifie qu'elle peut émettre un même paquet vers un nombre indéterminé de correspondants grâce à la nature diffusante du lien radio [2].

Afin d'introduire notre travail, nous commençons par présenter les principales caractéristiques d'un réseau ad hoc.


III. CARACTERISTIQUES D'UN RESEAU SANS FIL AD HOC

1. Topologie dynamique

Les unités mobiles peuvent se déplacer de façon libre et aléatoire. Par conséquent la topologie du réseau peut changer à tout instant de manière rapide et aléatoire.

2. Une bande passante limitée

A cause de l'utilisation d'un médium de communication partagé ; ce partage fait que la bande passante réservée à un hôte est modeste.

3. Des contraintes d'énergie

Les hôtes mobiles sont alimentés par des sources d'énergie autonomes et limitées comme les batteries. Ce paramètre d'énergie doit être pris en compte dans toute architecture de contrôle du système.

4. Une capacité de mémoire et puissance de calcul limitées.

Certains équipements utilisés dans les réseaux ad hoc ont des capacités de stockage faibles et des puissances de calcul limitées. Leur sécurité physique est également faible.

5. L'absence d'infrastructure. Les réseaux ad hoc se distinguent des autres réseaux mobiles par l'absence d'infrastructure préexistante et le non support d'une administration centralisée. Les hôtes mobiles sont responsables d'établir et de maintenir la connectivité du réseau de manière continue.

IV. L'ORGANISATION DANS LES SYSTEMES DISTRIBUES

Le concept d'organisation est un champ d'investigation très vaste. Avant de définir l'organisation, définissons tout d'abord un système distribué. Nous définissons un système distribué S comme étant un ensemble de processus, machines, objets, ou de matériels pouvant communiquer via un réseau par échange de messages. Un tel système n'a ni horloge globale, ni mémoire commune, et est utilisé pour accomplir un travail coopératif [1]. D'une manière générale, l'organisation est un modèle permettant aux composants d'un système distribué de coordonner leurs actions au cours de la résolution d'une ou de plusieurs tâches. Elle définit d'une part une structure (ex : Hiérarchie) comprenant un ensemble de rôles qui doivent être attribués aux composants et un ensemble de chemins de communication entre ces rôles. Elle définit d'autre part un régime de contrôle (ex : une relation maître esclave) qui dicte le comportement social des composants. Enfin, elle définit des processus de coordination qui déterminent la décomposition des tâches en sous tâches, l'allocation des sous tâches aux composants, et la réalisation des tâches de façon cohérente.

1) Auto organisation dans un système distribué. Un système distribué coopératif est un système autonome qui change et évolue dans le temps (ajout d'un composant, retrait d'un composant …). Il doit être capable de maintenir le modèle d'organisation initial pour assurer la cohérence de l'application. C'est pour cette raison, que dans le logiciel, une stratégie d'auto organisation doit être définie dans tout système distribué.

2) Les groupes dans les systèmes distribués. Plusieurs modèles d'organisation existent pour les systèmes distribués (ex : hiérarchie, groupes, …). L'organisation en groupes d'un système S consiste à réunir certains objets, matériels ou machines dans des groupes coopérant et communicant. En général, le principal apport de l'organisation en groupes est la communication multipoint, le passage à l'échelle et la tolérance aux pannes : Un groupe est vu comme une entité virtuelle, à laquelle un message peut être adressé. La modélisation par les groupes a été largement utilisée dans les systèmes distribués, à commencer par les groupes de processus dans les systèmes d'exploitation multi-tâches jusqu'aux serveurs groupés sur le réseau d'Internet en passant par les progiciels s'exécutant sur des machines distribuées.

X. L’ AVANTAGE D'ORGANISER EN GROUPES UN SYSTEME DISTRIBUE.

Le concept de groupe nous permet de définir un groupe d'entités comme une seule entité virtuelle, et cela permet d'attribuer le même nom à chaque membre d'un groupe particulier, et de communiquer avec eux en utilisant la même adresse. Dans un système distribué en général, la communication entre les noeuds, le transfert d'objets ou de processus, la prise de décisions sont des problèmes qui ne peuvent pas être résolus pour tous les noeuds. Pour remédier à ces problèmes, on a recourt à la formation de sous ensembles d'entités appelés groupes [3], domaines [15] , clusters [18], partitions [16] et territoires [13]. Ces groupes sont composés de membres. Dans chaque groupe, un des membres joue un rôle particulier, et est appelé leader [3], manager [5] ou point de contact entre niveaux [17]. Il est responsable de la communication entre les différents membres ou niveaux en recevant l'information et en la renvoyant au autres membres, et en supervisant l'organisation interne du groupe. Bien que la notion de groupes soit identique dans toutes les applications. La formation de groupes est une opération étroitement liée au types d'entités composant le système (processus ou processeurs), au support de communication (filaire ou sans fil), à la nature du flux de données (multimédia ou non). Chaque application donne lieu à de nouvelles notions concernant les propriétés associées aux groupes.


X. CARACTERISTIQUES DES GROUPES [7].

1. Groupes de pair et groupes hiérarchisés ; Dans certains groupes, tous les membres du groupe sont égaux, aucun d'entres eux n'a de prérogatives particulières et les décisions sont prises collectivement. Dans d'autres, au contraire, il existe une certaine hiérarchie. Un membre peut être le coordonnateur du travail des autres. Dans ce cas, il reçoit toutes les demandes de travail qu'elles émanent d'un membre de groupe ou d'un client externe. Il choisit ensuite le membre qui doit accomplir le travail demandé. Des hiérarchies plus complexes sont, bien entendu, possibles. L'avantage des groupes de pairs est que tous les membres sont égaux, si l'un tombe en panne, le groupe devient plus petit mais l'ensemble continue à travailler. Pour un groupe hiérarchisé, si le coordonnateur tombe en panne tout le groupe s'arrête.

2. Groupe ouvert et groupe fermé ; Dans un groupe fermé, les seules possibilités offertes à un client pour invoquer un groupe sont, soit d'être membre du groupe, soit de connaître l'un des membres et d'établir des communications point à point avec lui. Dans un groupe ouvert au contraire, les éléments qui ne sont pas membres d'un groupe peuvent envoyer des messages à ce groupe sans avoir à connaître l'un de ses membres.

3. Groupe statique et groupe dynamique ; Dans un groupe statique, l'insertion ou le retrait dynamique d'un membre ne sont pas autorisés. Les groupes dynamiques par contre, ont un nombre de membres variable au cours du temps.

4. Groupe local et groupe global ; On parle de groupe local lorsque tous les membres de ce groupe appartiennent à la même machine. Sinon, il s'agit d'un groupe global.

5. Groupe restrictif ou non ; On distingue également les groupes restrictifs qui contiennent uniquement des processus appartenant au même utilisateur (auxquels on a attribué les mêmes droits), des groupes non restrictifs qui peuvent réunir des processus quelconques.

6. Groupes explicites et groupes anonymes ; Enfin, on oppose les groupes explicites dans lesquels les membres se connaissent mutuellement, aux groupes anonymes qui sont principalement utilisés pour leur avantage en terme de communication multipoint.

7. La communication de groupe ; La communication point a point est une notion classique dans les systèmes communicants. Le principal apport dans l'utilisation des groupes est la communication multipoint. Elle permet à un membre du groupe G d'envoyer un message à tout le groupe G', sans avoir à connaître ses membres. C'est-à-dire en utilisant l'adresse virtuelle associée à tout le groupe G'.

Système coopératif composé de 3 groupes

Système coopératif sans les groupes

Fig2 : Formation de groupes 8. La vue d'un groupe ; La vue d'un groupe ViewG représente les membres d'un groupe et leurs caractéristiques à l'instant t. Formellement ViewG est définie telle que :

ViewG :

{ }nSSSMembres ,...,, 21=

nCSCSCSCS ,...,, 21=

étant les caractéristiques du membre . Les opérations de gestion s'appuient sur les vues des groupes.

iCS iS

X. PROBLEMATIQUE

Plusieurs travaux préalables, notamment [11] ont montré que toute architecture de communication dans un réseau ad hoc se basant sur une topologie plate (communication multi sauts sans clusterisation) entraînera une dégradation significative de ce réseau, voire même un échec de communication au sein d'un MANET à large échelle. Pour cette raison plusieurs travaux ont porté ou portent toujours sur le problème d'organisation en groupes ou clusterisation dans ce type de réseaux. En effet, un MANET utilisé comme plate-forme d'une application distribuée, doit être organisé en groupes non seulement pour sa nature contraignante de communication mais aussi pour la maîtrise des applications implémentées sur ces réseaux.

La clusterisation consiste en la formation de groupes de noeuds ad hoc. Les membres d'un même groupe ont des caractéristiques identiques ou proches et coopèrent pour maintenir les fonctionnalités cohérentes du réseau. Toutes les thèses sur réseaux ad hoc jusqu'à présent, optent pour la localisation géographique des noeuds comme critère de formation des groupes ou clusters, autrement dit les noeuds d'un même groupe se trouvent dans le même endroit, et surtout à portée radio les uns des autres, seulement ce critère est exprimé différemment dans les différents algorithmes proposés. Afin de présenter notre approche de clusterisation,


nous présentons les paramètres déterminants dans un noeud mobile, que nous avons utilisés dans notre algorithme.

X.

a) defo

lelovate b) d’dé c) audé

de

Cessi

d) L’énergie

L’énergie est l’un des éléments les plus important à prendre en considération dans le fonctionnement d’un réseau Ad hoc. Chaque nœud mobile peut connaître à tout moment son niveau d’énergie et prendre les décisions convenables en fonction de ce niveau. Nous supposons SE le seuil d’énergie, au dessous duquel le nœud ne peut plus fonctionner, et MIN_ENERGY le niveau d’énergie qui permet à un nœud de faire un traitement minimal.

e) Distance entre deux nœuds dans un espaces euclidien

Soient deux nœuds ni et nj repérés dans un espace euclidien par les coordonnées respectives xi, yi et xj , yj . La distance entre ni et nj est donnée par la relation

ni

nj

nk

Fig 3 : Champ de couverture d’un nœud ad hoc

LES PARAMETRES DETERMINANTS DANS UN NOEUD MOBILE.

La puissance du signal

Lorsque un nœud ni émet un signal à nj. La valeur moyenne la puissance du signal reçue par nj mesurée en watt est une nction diminuante de la distance [12] telle que :

α−= dcPa .

Où c est un constant qui dépend de la puissance transmise, récepteur et les acquisitions d’antenne d’émetteur et la ngueur d’ondes. Alpha est l’exposant de perte de chemin, rie entre 2 et 6 selon l’environnement et la structure du rrain [14]

La mobilité

Dans notre cas, nous assimilons la vitesse de déplacement un nœud à son paramètre de mobilité. La vitesse de placement peut être calculée à l’aide d’un GPS.

Le champ de couverture

Chaque nœud ni du réseau de coordonnées (xi, yi) crée tour de lui un champ de couverture qui s’étale sur le disque limité par le cercle d’équation :

222 )()( iii Dyyxx =−+− , Di étant la portée du nœud ni.

Un nœud nj de coordonnées (xj , yj) est dans la portée ni s’il vérifie l’inégalité suivante :

222 )()( iijij Dyyxx ≤−+− (1)

ommentaire : Le champ de ni est délimité par le cercle C. nj t dans le champ de ni. nk est en dehors du champ. Cela gnifie que ni peut atteindre nj en un saut (voir Fig. 3.).

22 )()(),( ijijji yyxxnnD −+−=

X. L’ALGORITHME DE CLUSTERIATION : STRUCTURE HIERARCHIQUE DE NIVEAU 2 POUR UN RESEAU AD HOC.

(HIERARCHICAL STRUCTURE OF LEVEL TWO FOR AD HOC NETWORK (HSL-2-AN)

L’algorithme de clusterisation que nous concevons vise à créer une structure hiérarchique de niveau 2. Plusieurs groupes avec chacun un coordonnateur local ou leader de groupe. Et un coordonnateur global ou superleader pour la gestion de l’ensemble du réseau. Cette structure est motivée par le fait que nous visons à définir des protocoles de communication qui simulent le cas d’un réseau cellulaire. Une communication dans le groupe passe par le leader de groupe. Une communication entre membres de groupes différents passe par le superleader. La meilleure situation est celle ou les leaders de groupes sont atteignables en un saut par leurs membres, et le superleader atteignable par chaque leader en un saut également. Notre algorithme se fait en trois étapes, et se base sur les hypothèses que nous présentons ci après : − Les nœuds du réseau constituent un graphe connexe. − Chaque nœud a un unique identifiant − Les liens de communication sont bidirectionnels et FIFO − Tous les canaux de communication sont fiables (pas de

perte ni de duplication de message). − Les messages arrivent à destination au bout d’un temps

fini. − Chaque nœud a des propriétés : quantité d’énergie,

puissance de signal, mobilité, quantité de ressources − La topologie est dynamique et le mouvement des nœuds

est aléatoire. − Un moyen de localisation tel qu’un GPS est utilisé dans le

réseau. Dans ce contexte, les étapes de notre algorithme se déroulent comme suit :


1ère étape : La formation des groupes La formation des groupes se fait selon deux tests : test1 sur la puissance du signal, et test2 sur la mobilité.

- Test1 [6] : Pour qu’un signal soit reçu correctement, il faut que le rapport (signal/bruit) soit supérieur à un seuil Q usuellement égal à 10. Pa doit donc être supérieur à 10 fois la somme des signaux parasites. Si la condition du rapport (signal/bruit) > 10 est vérifiée, alors l’ensemble des nœuds qui vérifient cette condition peut former un groupe. - Test2 [6] : La mobilité d’un nœud a une grandeimportance dans la stabilité d’un groupe, donc un seuil S est fixé pour faire la différence entre les nœuds mobiles à grande vitesse des autres à moyenne ou à faible vitesse.

Les nœuds mobiles à vitesse supérieure au seuil S forment un groupe différent que celui des autres nœuds, dans lesquels la vitesse est inférieure à S.

Soit G l’ensemble de tous les nœuds du réseau R, formant un graphe de communication connexe. Gf un groupe formé pour tout nœud ni résultant des tests 1 et 2.

La formation des groupes est déclenchée initialement par le nœud n0 ayant le plus petit identifiant. L’élection d’un superleader se fera par la suite en fonction des objectifs visés. En résumé:

n∀ i ∈ G If test (1) and test (2) are OK Gf = Gf + {ni}

Fig 6. Algorithme d’élection du superleader

Les messages échangés dans ce cas sont des messages de type ‘Hello’ destinés à la reconnaissance des voisins immédiats (un seul saut) ; et ne sont pas diffusés dans le réseau par routage. Ceci est indiqué au nœud destinataire par le type de message envoyé.

Type_mess adresse Pa Mobilité

Message envoyé

Type_mess destination source

Confirmation de réception

Remarque : Les groupes ainsi formés sont composés de nœuds à la portée les uns des autres. Et vérifient la relation (1)

2ème étape : L’élection des leaders de groupes

Le leader est le nœud dont la moyenne des distances entre lui et les autres noeuds du groupe est minimale. Afin de faire l’élection d’un leader de groupe, chaque membre de groupe va exécuter l’algorithme suivant :

Début Pour chaque nœud ni de Gk Faire debut K :=0 ; Somme_distance :=0 ; pou tout nœud nr j de Gk ( j ≠ i) faire debut

Somme_distance := Somme_distance + 22 )()( ijij yyxx −+−

K :=k+1 ; finpour; Moy_dis ance[i] := somme_distance / K ; t

e

s

Finpour; Calculer Min(moy_distance[i]) ; # Soit Moy_distance[m] ce minimum; Elire nm leader de groupe; Si il en existe deux (ou plus) minimums Alors Elire celui qui a le plus petit identifiant ; # Un s ul leader est élu par groupe Finsi; Le leader diffuse dans le ré eau son identifiant et ses coordonnées ; Fin

Le type de message diffusé par chaque leader est destiné à tous les nœuds du réseau. Il est donc reçu par tous les voisins immédiats (membres du groupe) en un seul saut et transmis par routage aux autres nœuds du réseau. Le mlessage diffusé par le leader est :

Type IDL X Y 3ème étape: L’élection du superleader Le nœud qui a le maximum de leaders dans son champ de couverture, Cette élection se déroule selon l’algorithme suivant : Début Pour chaque nœud du réseau ni (≠ leader) faire pour tout noeud n appar enant à la liste des leaders faire

j t

si (xj - xi)² + (yj - yi)² ≤ Di² alors # incrémentation du nombre de


# leaders dans la portée du nœud Nb_leader[i] := nb_leader[i]+1; Finsi Finpour ; Finpour; Calculer Max(nb_leader[i]) ; # Soit nb_leader[m] ce maximum Elire nm superleader ; Si il en existe deux (ou plus) maximums Alors Elire celui qui a le plus petit identifiant ; # Un seul superleader est élu dans le # réseau Fin Le superleader diffuse son identifiant et ses coordonnées dans le réseau. Le message envoyé par le superleader :

Type IDSL X Y

X. LA GESTION DU RESEAU.

Une telle structure nécessite des opérations de gestion afin de la maintenir. D'ailleurs une opération de réorganisation (l'algorithme de clusterisaton) est déclenchée périodiquement par le superleader, cela et dû au fait que les noeuds du réseaux sont mobiles, et peuvent au cours du temps casser la structure de groupes pré-établie, ce qui va influer négativement sur la performance et la qualité de service du réseau. \\ Mis à part la réorganisation périodique du réseau, les protocoles principaux que nous prévoyons sont : l'ajout d'un membre, la suppression d'un membre, la communication et la tolérance aux pannes.

A. l'ajout d'un membre.

Un noeud voulant se connecter au réseau, va émettre un message request-join, le premier noeud qui va le recevoir va l'envoyer à son leader, ce dernier l'envoie au superleader qui ajoute ce membre à la liste des leaders. Cette opération est considérée momentanément un ajout de groupe. A la prochaine réorganisation ce membre prendra sa place convenable dans le réseau en fonction des critères définis dans notre algorithme de clusterisation.

B. La suppression d’un membre

La suppression d'un membre de groupe est une opération qui peut avoir lieu à la suite d'une déconnexion volontaire d'un noeud. La déconnexion involontaire d'un noeud par rapport à son leader ne provoque pas une suppression de membre de groupe.

• La déconnexion volontaire : Quand un membre veut quitter son groupe, il envoie un message request_quit à son leader. Ce dernier le supprime de la liste de ses membres.

• La déconnexion involontaire : Il existe quatre situations dans lesquelles le noeud peut se trouver déconnecté de son leader : Le passage par une zone d'ombre radio, une panne au niveau du noeud, une chute d'énergie ou bien la mobilité qui entraîne que le noeud sort du champ de couverture de son leader et rentre dans le champ de couverture d'un autre leader. Le système prend en compte différemment chaque cas.

− Une panne au niveau du nœud : Ce cas là nécessite un traitement à niveau bas dans le système du noeud. Il est possible d'associer une variable d'état à chaque type de panne, et tester en permanence ces variables, dès que l'une d'elles change de valeur, un message diffusé par le nœud sera véhiculé par routage à son leader qui le supprime de la liste de ses membres. (Cette solution peut ne pas être possible pour tout type de panne).

− Une chute d'énergie : Dès que le niveau d'énergie du noeud touche MIN_energie un message est diffusé par le noeud et véhiculé vers son leader qui le supprime de la liste de ses membres.

− Passage par une zone d'ombre radio : Quand le noeud passe par une zone d'ombre radio, il n'émet aucun message (ni panne, ni énergie minimale). Il n'est donc pas supprimé de son groupe. Momentanément, le noeud est déconnecté et ne peut pas avoir d'activité dans le réseau.

− Mobilité : En étant mobile, un noeud peut sortir du champ de couverture de son leader et rentrer dans le champ de couverture du leader voisin. Le système ne modifie pas les vues des groupes et le nœud restera toujours attaché (administrativement) à son groupe même s'il est plus proche d'un autre leader. Mais la structure du réseau va être cassée, car ce noeud là utilisera désormais le routage multi sauts pour atteindre son leader. Cela va être détecté grâce aux facteurs de cohésion que nous définissons dans le cadre du contrôle de performance du réseau. Des valeurs seuils de ces facteurs provoqueront la réorganisation du réseau et le retour à la situation de forte cohésion dans chaque groupe.

C. La communication

La structure de groupes définie a été conçue dans le but de rendre les protocoles de communication optimaux. Ces protocoles sont conçus de la manière suivante :

1. Dans le groupe : La communication entre les membres d'un même groupe passe obligatoirement par le leader du groupe. Elle est optimale lorsqu'elle se fait en deux sauts : Un saut pour le leader Membre1 et un saut pour le leader Membre2.

2. Entre membres de groupes différents : La communication entre les membres de groupes différents passe obligatoirement par le superleader. Elle est optimale


lorsqu'elle se fait en quatre sauts : Deux sauts pour membre1 ---- leader1 ----Superleader et Deux sauts pour Superleader ------leader2 -----membre2.

Type_mess IDn Xn Yn IDSL

Fig. 9. Le message diffusé par le leader dans le groupe

Type_mess IDSL Xn Yn IDAL IDNL

Fig. 10. Le message envoyé par le nouveau leader au superleader

D. La tolérance aux pannes

La consommation d'énergie est un paramètre important à prendre en considération dans le fonctionnement d'un réseau ad hoc. Dans la conception de notre algorithme de clusterisation, les noeuds de type leader ou superleader accomplissent plus de tâches que les autres et par conséquent, ils risquent une chute d'énergie précoce au niveau de leurs batteries. Pour remédier à ce problème nous prévoyons la solution suivante :

− Chute d'énergie au niveau d'un noeud leader de groupe Chaque noeud de type leader teste en permanence son niveau d'énergie. Dès qu'il touche à MIN_ENERGY, le noeud leader délègue un autre noeud du groupe comme nouveau leader en diffusant son identifiant et ses coordonnées dans le groupe (schéma-Fig. 9). A la réception de ce message, le nouveau leader envoie alors au superleader son identifiant ainsi que l'identifiant de l'ancien leader qui doit être supprimé de la liste des leaders (schéma-Fig. 9).

− Chute d'énergie au niveau du noeud superleader : Le noeud superleader et un noeud important dans le réseau et constitue le point de liaison entre les différents groupes. Il doit alors effectuer des traitements spécifiques pour prévenir sa défaillance qui engendrerait la chute de tout le réseau. Le nœud superleader doit maintenir la liste des ses voisins immédiats (cela se fait par envoi régulier de messages de reconnaissance). Comme dans le cas du leader, dès que le superleader touche le niveau MIN_ENERGY, il délègue son voisin le plus proche comme nouveau superleader, en diffusant dans le réseau son identifiant et ses coordonnées.

E. Contrôle de performance

Nous pouvons utiliser trois facteurs pour mesurer la performance de notre structure ; Le facteur de cohésion dans le groupe Group_cohesion tel que :

resGroupenombreMembLeaderresAPorteenombreMembiongroupCohes =

Le facteur de cohésion dans le réseau tel que:

seauerdansnombreLeaduperleadererAPorteeSnombreLead

esionnetworkCohRe

=

Et le taux de groupes en cohésion tel que:

seauoupDansnombreDeGrnpEnCohesionombreGrou

ohesionTauxGroupCRe

=

Nous supposons que SGC, SNC et STGC sont respectivement les seuils de Group_cohesion, Network_cohesion et Taux_Group_Cohesion. A tout moment, ces paramètres peuvent être calculés. Nous retenons trois cas différents pour ces paramètres comme cas significatifs pour le réseau qui est :

a) En cohésion :

TauxGroupCohesion > STGC et NetworkCohésion > SNC

La majorité des noeuds du groupe sont dans la portée de leur leader, et la majorité des leaders sont dans la portée du superleader. Le réseau est considéré en cohésion.

b) En forte cohésion

STGCohesionTauxGroupC > et SNCesionnetworkCoh >

Tous les groupes sont en cohésion ( dans tous les groupes), et la majorité des leaders sont dans la portée du superleader.

SGCiongroupCohes >

c) En cohésion absolue

1=ohesionTauxGroupC et 1=iongroupCohes

pour chacun des groupes du réseau. Tous les leaders sont dans la portée du superleader, et les membres de chaque groupe sont dans la portée de leur leader.

Initialement la valeur de groupCohesion dans chaque groupe est égale à un. Et networkCohesion est égal à sa valeur initiale InitNetworkCohesion. Avec le changement de la topologie du réseau causé par la mobilité des noeuds ces deux valeurs peuvent changer. Périodiquement chaque leader de groupe peut calculer la valeur de groupCohesion et l'envoyer au superleader. Ce dernier calcule alors, networkCohesion et TauxCohesionGroup, et décide en fonction des valeurs de ces facteurs soit de diffuser le message de réorganisation ou non.


XI. CONCLUSION

Nous avons présenté dans ce papier une approche de modélisation par les groupes d'un réseau ad hoc. Cette modélisation englobe un algorithme de clusterisation de réseau ad hoc, ainsi que les protocoles de communication et de gestion du réseau, en tenant compte de l'aspect tolérance aux pannes du système.

L'algorithme défini forme les groupes sur la base du critère géographique et mobilité des noeuds mis en oeuvre par le choix de la puissance du signal pour la localisation (plus les noeuds son proches les uns des autres plus la puissance du signal reçu est grande) et la vitesse de déplacement pour la mobilité. Le réseau après clusterisation a une structure hiérarchique de niveau deux avec un leader pour chaque groupe et un superleader pour tout le réseau. Les groupes formés sont ouverts, dynamiques, disjoints, explicites, permettant la communication point à point et de groupe. La caractéristique particulière de nos groupes est qu'ils sont mobiles communicant par médium radio, tolérants aux pannes dues aux chutes d'énergie. Les vues sont matérialisées par les attributs maintenues dans les classes : Noeud, membre, leader et superleader.

Par ailleurs, Nous avons intégré trois facteurs permettant de mesurer la cohésion dans le réseau : groupCohesion, networkCohesion et TauxGroupCohesion. Ces facteurs constituent une mesure importante qui peut être utilisée par le service de maintenance pour augmenter la performance du réseau, en imposant une certaine localisation aux différents noeuds (ou un rayon de mobilité). Pour les perspectives: une simulation sous NS2 pour étude des performances de l'algorithme défini compléterait ce travail. Cette étude doit être basée sur la consommation d'énergie ainsi que le temps écoulé

dans une communication entre noeuds d'un même groupe et noeuds de groupes différents, avant et après clusterisation.

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Superleader

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membre

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